EP1789688A1 - Wälzlager - Google Patents

Wälzlager

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Publication number
EP1789688A1
EP1789688A1 EP05751000A EP05751000A EP1789688A1 EP 1789688 A1 EP1789688 A1 EP 1789688A1 EP 05751000 A EP05751000 A EP 05751000A EP 05751000 A EP05751000 A EP 05751000A EP 1789688 A1 EP1789688 A1 EP 1789688A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weight
plastic
cage
rolling bearing
bearing according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP05751000A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Radden
Rochus Hiekisch
Wolfgang Wieth
Jürgen Reichert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP1789688A1 publication Critical patent/EP1789688A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/44—Selection of substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2208/00—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers
    • F16C2208/20—Thermoplastic resins
    • F16C2208/52—Polyphenylene sulphide [PPS]

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing consisting of at least one inner ring and at least one outer ring, between which a number of rolling elements, in particular balls, are arranged, the rolling elements being guided in a cage, the cage being made of plastic and the plastic being at least partially polyarylene sulfide is.
  • polyethersulfone PES
  • polyetherimide PEI
  • polyamide-imide PAI
  • PEEK polyetheretherketone
  • a rolling bearing of the type mentioned is known from US 5,590,225.
  • polyarylene sulfide in the form of polyphenylene sulfide (PPS) is used as a plastic material in order to further make the bearing or cage suitable or insensitive to high temperatures and harsh environmental conditions; Another aim is that the toughness of the material is as high as possible.
  • linear-chain polyphenylene sulfide is used, to which glass fibers are added in a proportion of up to 45 percent by weight.
  • the invention is therefore based on the invention, to propose a plastic cage of the type mentioned, the material of which is characterized by further improved behavior in terms of thermal stability and ductility and the properties of which make it possible to further improve the running behavior of the rolling bearing.
  • modified polyolefin 5 to 50% by weight of modified polyolefin; 40 to 95% by weight polyarylene sulfide; 0 to 60% by weight of further additives and / or processing aids.
  • modified polyolefin 7 to 25% by weight of modified polyolefin; 50 to 90% by weight polyarylene sulfide; 0 to 50% by weight of further additives and / or processing aids.
  • composition has proven to be a particularly preferred mixture:
  • modified polyolefin 10 to 15% by weight of modified polyolefin; 55 to 80% by weight polyarylene sulfide; 0 to 40% by weight of further additives and / or processing aids.
  • the proportion of polyarylene sulfide is preferably between 57.5% by weight and 66.5% by weight.
  • the proportion of polyarylene sulfide when used without colorant is particularly preferably between 60.75% by weight and 65.75% by weight and is reduced by the amount of colorant used when colorant is used.
  • polyarylene sulfides are linear or branched polymers which contain arylene sulfide units.
  • Preferred polyarylene sulfides are polyarylene thioethers with repeating units of the formula
  • Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 or W, X, Y and Z are independently the same or different, the indices n, m, i, j, k, 1, o and p independently of one another zero or whole Numbers 1, 2, 3 or 4 are, their sum being at least 2,
  • Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 and Ar 4 are arylene systems with 6 to 18 C atoms and W, X, Y and Z represent divalent linking groups from -S0 2 -, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -COO- or alkylene or Alkylidene groups with 1 to 6 carbon atoms, and at least one of the linking groups W, X, Y or Z consists of -S-.
  • the arylene systems Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 and Ar 4 can be optionally substituted or unsubstituted.
  • Preferred arylene systems are phenylene, biphenylene, naphthylene, anthracene and phenanthrene.
  • a particularly preferred polyarylene sulfide is linear-chain polyphenylene sulfide (PPS), which is known, inter alia, under the name ® Fortron.
  • the modified polyolefin provided according to the invention can contain at least one of the following groups: carboxyl, carboxyl anhydride, metal carboxylate, carboxyl ester, imino, amino or epoxy group.
  • the modified polyolefin plastic include modified polyolefin copolymers or grafted copolymers made by chemically following exemplified compounds such as maleic anhydride, fumaric anhydride, citric anhydride, N-phenyl maleimide, N-cyclohexyl maleimide, glyicidyl acrylate, acrylate glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidyl acrylate, glycidy
  • maleic anhydride-modified polyethylene / polypropylene copolymer fumaric anhydride-modified polyethylene, fumaric anhydride-modified polypropylene, Fumaric anhydride-modified polyethylene / polypropylene copolymer, glycidyl methacrylate-modified polyethylene, glycidyl methacrylate-modified polypropylene, AX-modified polyethylene, AX-modified polypropylene and polyamide-grafted polyolefins.
  • the plastic of the cage can contain adhesion promoters, fillers, reinforcing materials, stabilizers, antioxidants, agents against heat decomposition and decomposition by UV radiation, lubricants and mold release agents, colorants such as dyes and pigments, nucleating agents, plasticizers, etc.
  • Compounds based on organosilane are preferably used as adhesion promoters, which the plastic of the cage in amounts between 0 and 2 wt .-%, preferably between 0.1 and 0.5 wt .-%, particularly preferably between 0.2 and 0 , 3 wt .-%, are added.
  • R n Si (OR ') (4 _ n) are particularly preferred, where R is a hydrocarbon radical which contains an epoxy, amine or vinyl group as a functional unit, n one is an integer from 1 to 3 (in mixtures of different organosilanes, n is on average between 1 and 3) and R 'is an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms.
  • R is a hydrocarbon radical which contains an epoxy, amine or vinyl group as a functional unit
  • n one is an integer from 1 to 3 (in mixtures of different organosilanes, n is on average between 1 and 3)
  • R ' is an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms.
  • Examples of lubricants are esters or amides of saturated or unsaturated aliphatic carboxylic acids with 10 to 40 C atoms with aliphatic saturated alcohols or amines with 2 to 40 C atoms.
  • the Carboxylic acids can be 1- or 2-valent. Examples include pelargonic acid, palmitic acid, lauric acid and particularly preferably stearic acid, capric acid and montanic acid (mixture of fatty acids with 30 to 40 carbon atoms).
  • the aliphatic alcohols can be 1- to 4-valent.
  • alcohols examples include glycerol, n-butanol, n-octanol, stearyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, pentaerythritol, with glycerol and pentaerythritol being preferred.
  • the aliphatic amines can be 1- to 3-valent. Examples of amines are stearylamine, ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, with ethylenediamine and hexamethylenediamine being preferred.
  • esters or amides are correspondingly glycerol distearate, glycerol tristearate, ethylenediamine distearate, glycerol monopalmitate, glycerol trilaurate, and pentaerythritol tetrastearate.
  • the esters or amides are added in amounts between 0 and 2% by weight, preferably between 0.1 and 0.5% by weight, particularly preferably between 0.2 and 0.3% by weight. Mixtures of different esters or amides or esters with amides can also be used in combination, the mixing ratio being arbitrary.
  • Fillers and / or reinforcing materials include fibrous reinforcing materials such as glass fibers, carbon fibers etc. and non-fibrous fillers such as glass powder, graphite, carbon black, metal powder, metal oxides, silicates, carbonates and molybdenum (IV) sulfide. These fillers can be equipped with an adhesion promoter or adhesion promoter system. The total amount of fillers and / or reinforcing materials is usually up to 50% by weight, preferably up to 30% by weight, based on the total mixture. Carbon fibers and / or glass fibers are preferably used.
  • the plastic of the cage can contain colorants in the form of any inorganic pigments such as titanium dioxide, ultramarine blue, cobalt blue or organic pigments and colors such as phthalocyanines, anthraquinones or carbon black either individually or as a mixture or together with polymer-soluble dyes in amounts of generally up to 10. 0% by weight, preferably up to 5.0% by weight, particularly preferably up to 4.0% by weight.
  • Colorant concentrates are preferred as colorants.
  • the colorants are usually initially mixed in a high concentration, usually using additional dispersing aids, in polymeric carrier materials, also called carriers.
  • the colorant preparation thus obtained, also called color concentrate or masterbatch is then added to the plastic to be colored in order to finally achieve the desired color impression.
  • Colorant concentrates are preferably used for coloring the cage according to the invention.
  • the proposed plastic material has shown particularly good suitability for rolling bearing cages.
  • there is very good impact strength which is significantly above the values that have been observed so far in the materials used.
  • the hardness of the material surprisingly resulted, which makes it ideally suited for use in rolling bearings.
  • the lower hardness of the material composition achieved advantageously has the result that an improved scrubbing film structure is possible, which leads to an extension of the operating life of the bearing. This can be explained by an increased elasticity of the material in the micro range, where local surface topography deformations occur. This makes it possible to build a micro-elastohydrodynamic film. Furthermore, this effect is accompanied by less wear, which has a very positive effect in rolling bearing construction.
  • the plastic mixture has the following composition:
  • PPS polyphenylene sulfide
  • Lotader AX8840 a copolymer of ethylene and 8% by weight glycidyl methacrylate (GMA) from Atofina Chemicals, Inc., Philadelphia (USA), is used as the modified polyolefin.
  • GMA glycidyl methacrylate
  • As a bonding agent on organosilane base is 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane (Silquest ® A-187) from GE Bayer Silicones BV, Bergen op Zoom, The Netherlands used.
  • the lubricant used in the exemplary embodiment is pentaerythritol tetrastearate (PETS), which is sold under the brand name ® Glycolube P by Lonza Ltd. or is available under the trademark ® Loxiol EP861 from Henkel KGaA (CAS number: 115-83-3).
  • PETS pentaerythritol tetrastearate
  • Fiberglass 165A-11C from Owens-Corning Fiberglass Corp., Toledo, Ohio, USA is used as the reinforcing fiber material.
  • An alternative solution additionally provides black color concentrate with a proportion of 2.5% by weight, the proportion of the polyphenylene sulfide then being reduced to 60.75% by weight.
  • a hardness test (according to EN ISO 2039-1, ball pressure hardness; 30 sec value) showed hardness values between 120 and 150 N / mm, which is significantly below the expected hardness, which in any case is higher than 190 for the polyarylene sulfide used as the base material N / mm 2 , and already without reinforcing material (glass or carbon fibers); with reinforcement material of, for example, 40% glass fibers, the hardness is even in the range of 322 N / mm 2 .
  • the proposed plastic material is very temperature-stable, so that storage temperatures of approximately 150 ° C. and above can also be endured permanently. This applies in particular to aggressive environmental conditions, for example in oils, fats or acid chemicals.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, bestehend aus mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring, zwischen denen eine Anzahl Wälzkörper, insbesondere Kugeln, angeordnet sind, wobei die Wälzkörper in einem Käfig geführt werden, wobei der Käfig aus Kunststoff besteht und wobei der Kunststoff zumindest teilweise Polyarylensulfid ist. Um eine verbesserte Materialeigenschaft zu erreichen, hat der Kunststoff des Käfigs folgende Zusammensetzung: 5 bis 50 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 40 bis 95 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 60 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.

Description

Wälzlager
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, bestehend aus mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring, zwischen denen eine Anzahl Wälzkörper, insbesondere Kugeln, angeordnet sind, wobei die Wälzkörper in einem Käfig geführt werden, wobei der Käfig aus Kunststoff besteht und wobei der Kunststoff zumindest teilweise Polyarylensulfid ist.
Als Material für Wälzlagerkäfige wurde bereits erfolgreich die Kunststoffe Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), Polyamid-Imid (PAI) und Polyether-Etherketon (PEEK) eingesetzt, insbesondere, um eine hohe Temperaturbeständigkeit des Käfigmaterials bei Betriebstemperaturen von über 150 °C zu erreichen.
Ein Wälzlager der eingangs genannten Art ist aus der US 5,590,225 bekannt. Dort wird Polyarylensulfid in Form von Polyphenylensulfid (PPS) als Kunststoffmaterial eingesetzt, um das Lager bzw. den Käfig weiter gegen hohe Temperaturen und raue Umgebungsbedingungen tauglich bzw. unempfindlich zu machen; angestrebt wird auch, dass die Zähigkeit des Materials möglichst hoch ist. Um dieses Ziel zu erreichen, wird dort linearkettiges Polyphenylensulfid eingesetzt, dem Glasfasern in einem Mengenanteil bis zu 45 Gewichtsprozent zugesetzt werden. Wenngleich mit dieser Kunststoffart bzw. Kunststoffzusammensetzung bereits Käfige für Wälzlager herstellbar sind, die hohen Ansprüchen an Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturen und aggressiven Umgebungsbedingungen genügen, besteht der Wunsch nach weiterer Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen raue Umgebungsbedingungen, wobei die Funktionalität des Käfigs insbesondere im Hinblick auf Zähigkeit und Härte optimiert werden soll.
Der Erfindung liegt daher die Au fg ab e zugrunde, einen Kunststoffkäfig der eingangs genannten Art vorzuschlagen, dessen Material sich durch weiter verbessertes Verhalten in Bezug auf thermische Stabilität und Duktilität auszeichnet und dessen Eigenschaften ein weiter verbessertes Laufverhalten des Wälzlagers möglich macht.
Die L ö s u ng dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Käfigs folgende Zusammensetzung hat:
5 bis 50 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 40 bis 95 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 60 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.
Vorzugsweise sind folgende Bandbreiten für die einzelnen Komponenten der Kunststoffmischung vorgesehen:
7 bis 25 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 50 bis 90 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 50 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.
Als besonders bevorzugte Mischung hat sich folgende Zusammensetzung bewährt:
10 bis 15 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 55 bis 80 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 40 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.
Der Anteil an Polyarylensulfid liegt dabei bevorzugt zwischen 57,5 Gew.-% und 66,5 Gew.-%. Der Anteil an Polyarylensulfid bei Einsatz ohne Farbmittel liegt dabei besonders bevorzugt zwischen 60,75 Gew.-% und 65,75 Gew.-% und vermindert sich beim Einsatz von Farbmittel um die Menge des eingesetzten Farbmittels.
Polyarylensulfide im Sinne der Erfindung sind lineare oder verzweigte Polymere, die Arylensulfideinheiten enthalten. Bevorzugte Polyarylensulfide sind Polyarylenthioether mit wiederkehrenden Einheiten der Formel
-[(Ar -X]m-[(Ar Υ]r[( -Z]r Ar -W]v- (I)
worin Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 bzw. W, X, Y und Z unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind, die Indizes n, m, i, j, k, 1, o und p unabhängig voneinander Null oder ganze Zahlen 1, 2, 3 oder 4 sind, wobei ihre Summe mindestens 2 ist, Ar1, Ar2, Ar3 und Ar4 Arylensysteme mit 6 bis 18 C- Atomen sind und W, X, Y und Z zweiwertige Verknüpfungsgruppen darstellen, ausgewählt aus -S02-, -S-, -SO-, -CO-, -O-, -COO- oder Alkylen- oder Alkylidengruppen mit 1 bis 6 C-Atomen, und mindestens eine der Verknüpfungsgruppen W, X, Y oder Z aus -S- besteht.
Die Arylensysteme Ar1, Ar2, Ar3 und Ar4 können wahlweise substituiert oder unsubstituiert sein. Bevorzugte Arylensysteme sind Phenylen, Biphenylen, Naphthylen, Anthracen und Phenanthren. Besonders bevorzugtes Polyarylensulfid ist linearkettiges Polyphenylensulfid (PPS), welches u.a. unter den Namen ®Fortron bekannt ist.
Das erfindungsgemäß vorgesehene modifizierte Polyolefin kann mindestens eine der folgenden Gruppen enthalten: Carboxyl-, Carboxylanhydrid-, Metalcarboxylat-, Carboxylester-, Imino-, Amino- oder Epoxygruppe. Beispiele für den modifizierten Polyolefin-Kunststoff umfassen modifizierte Polyolefin-Copolymere oder gepfropfte Copolymere, die hergestellt werden indem chemisch folgende beispielhaf aufgeführte Verbindungen, wie Maleinsäureanhydrid, Fumarsäureanhydrid, Zitronensäureanhydrid, N- Phenylmaleimid, N-Cyclohexylmaleinimid, Glyicidylacrylat, Glycidylmeth- acrylat, Glycidylvinylbenzoat, N-[4-(2,3-epoxpropoxy)-3,5-dimethyl- benzyljacrylamid (AXE), Alkylmethacrylate und/oder Derivate davon in Polyolefine, wie Polypropylen, Polyethylen oder Ethylen/Propylen- Copolymere und in Polyamid-gepfropfte Polyolefine eingeführt werden. Das modifizierte Polyolefin ist im Polymerisationsgrad nicht beschränkt, es kann auch ein Oligomer sein. Bevorzugte modifizierte Polyolefine sind
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polyethylen, Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen,
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polyethylen/Polypropylen-Copolymer, Fumarsäureanhydrid-modifiziertes Polyethylen, Fumarsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen, Fumarsäureanhydrid-modifiziertes Polyethylen/Polypropylen-Copolymer, Glycidylmethacrylat-modifiziertes Polyethylen, Glycidylmethacrylat-modifiziertes Polypropylen, AXE-modifiziertes Polyethylen, AXE-modifiziertes Polypropylen und Polyamid-gepfropfte Polyolefine.
Als Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel kann der Kunststoff des Käfigs Haftveπrύttler, Füllstoffe, Verstärkungsstoffe, Stabilisatoren, Oxydationsverzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung und Zersetzung durch UV-Strahlung, Gleit- und Entformungsmittel, Färbemittel wie Farbstoffe und Pigmente, Keimbildungsmittel, Weichmacher usw. enthalten.
Als Haftvermittler kommen bevorzugt Verbindungen auf Organosilan-Basis zum Einsatz, die dem Kunststoff des Käfigs in Mengen zwischen 0 und 2 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3 Gew.-%, zugesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Hydroxyalkoxysilane, Epoxyalkoxysilane, Aminoalkoxysilane und Vinylalkoxysilane der allgemeinen Formel RnSi(OR')(4_n), wobei R einen Kohlenwasserstoff-Rest darstellt, der eine Epoxy-, Amin- oder Vinylgruppe als funktionelle Einheit enthält, n eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist (wobei in Mischungen verschiedener Organosilane n im Durchschnitt zwischen 1 und 3 liegt) und R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen ist. Beispiele der erfindungsgemäßen Organosilane offenbart die US 5,731,397 (Spalte 6-8), worauf Bezug genommen wird.
Beispiele für Gleitmittel sind Ester oder Amide gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Carbonsäuren mit 10 bis 40 C-Atomen mit aliphatischen gesättigten Alkoholen oder Aminen mit 2 bis 40 C-Atomen. Die Carbonsäuren können 1- oder 2-wertig sein. Als Beispiele seien Pelargon- säure, Palmitinsäure, Laurinsäure und besonders bevorzugt Stearinsäure, Caprinsäure sowie Montansäure (Mischung von Fettsäuren mit 30 bis 40 C- Atomen) genannt. Die aliphatischen Alkohole können 1- bis 4- wertig sein. Beispiele für Alkohole sind Glycerin, n-Butanol, n-Octanol, Stearylalkohol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, Pentaerythrit, wobei Glycerin und Pentaerythrit bevorzugt sind. Die aliphatischen Amine können 1- bis 3-wertig sein. Beispiele für Amine sind Stearylamin, Ethylendiamin, Propylendiamin, Hexamethylendiamin, wobei Ethylendiamin und Hexa- methylendiamin bevorzugt sind. Bevorzugte Ester oder Amide sind entsprechend Glycerindistearat, Glycerintristearat, Ethylendiamindistearat, Glycerinmonopalmitat, Glycerintrilaurat, und Pentaerythrittetrastearat. Die Ester oder Amide werden in Mengen zwischen 0 und 2 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3 Gew.-%, zugesetzt. Es könne auch Mischungen verschiedener Ester oder Amide oder Ester mit Amiden in Kombination eingesetzt werden, wobei das Mischungsverhältnis beliebig ist.
Bei Füll- und/oder Verstärkungsstoffen handelt es sich um u.a. um faserförmige Verstärkungsmaterialien wie Glasfasern, Kohlenstofffasern etc. sowie nicht faserige Füllstoffe wie Glaspulver, Graphit, Ruß, Metallpulver, Metalloxide, Silikate, Carbonate und Molybdän (IV)-Sulfid. Diese Füllstoffe können mit einem Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem ausgerüstet sein. Die Gesamtmenge an Füll- und/oder Verstärkungsstoffen beträgt gewöhnlich bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung. Bevorzugt werden Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern eingesetzt. Optional kann der Kunststoff des Käfigs Farbmittel in Form von beliebigen anorganischen Pigmenten, wie Titandioxid, Ultramarinblau, Kobaltblau oder organischen Pigmenten und Farben wie Phthalocyanine, Anthrachinone oder Ruß entweder einzeln oder als Gemisch oder zusammen mit polymerlöslichen Farbstoffen in Mengen von im Allgemeinen bis zu 10,0 Gew. %, bevorzugt bis zu 5,0 Gew. % enthalten, besonders bevorzugt bis zu 4,0 Gew.-%. Bevorzugt als Farbmittel werden Farbmittelkonzentrate. Die Farbmittel werden dabei üblicherweise zunächst in hoher Konzentration, meist unter Verwendung von zusätzlichen Dispergierhilfen, in polymere Trägermaterialien, auch Carrier genannt, eingemischt. Die so erhaltene Farbmittelzubereitung, auch Farbkonzentrat oder Masterbatch genannt, wird dann dem einzufärbenden Kunststoff beigemischt, um schließlich den gewünschten Farbeindruck zu erzielen. Bevorzugt werden zur Einfärbung des erfindungsgemäßen Käfigs Farbmittelkonzentrate eingesetzt.
Das vorgeschlagene Kunststoffmaterial hat in Tests eine besonders gute Eignung für Wälzlagerkäfige zutage gefördert. Insbesondere ergibt sich eine sehr gute Schlagzähigkeit, die deutlich oberhalb den Werten liegt, die bislang bei zum Einsatz kommenden Materialien beobachtet wurden.
Darüber hinaus ergab sich in überraschender Weise eine Härte des Materials, die zu einer optimalen Eignung für den Einsatz im Wälzlager führt. Die erreichte niedrigere Härte der Materialkomposition hat für Anwendungen im Wälzlager in vorteilhafter Weise zur Folge, dass ein verbesserter Scrrmierfilmaufbau möglich ist, der zu einer Verlängerung der Betriebsdauer des Lagers führt. Dies lässt sich durch eine erhöhte Elastizität des Materials im Mikrobereich erklären, wo es zu lokalen Oberflächentopographie- Verformungen kommt. Dadurch ist der Aufbau eines mikro-elasto- hydrodynamischen Schtnierfilms möglich. Weiterhin geht mit diesem Effekt ein geringerer Verschleiß einher, was sich sehr positiv im Wälzlagerbau bemerkbar macht.
Ebenfalls positiv ist die niedrigere Reibung unter Schmierung, eine geringere Geräuschentwicklung und eine höhere Elastizität des Käfigs. Dies ist durch ein sehr gutes Dämpfungsverhalten des Materials zu erklären.
Schließlich haben Untersuchungen ergeben, dass auch die Alterungsbeständigkeit der vorgeschlagenen Kunststoffmischung sehr gut ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht wie folgt aus: Die Kunststoffmischung weist folgende Zusammensetzung auf:
63,25 Gew.-% linearkettiges Polyphenylensulfid; 11 ,25 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 0,25 Gew.-% Haftvermittler auf Organosilan-Basis; 0,25 Gew.-% Gleitmittel; 25,00 Gew.-% Verstärkungsfasern.
Als Polyphenylensulfid (PPS) kommt ®Fortron 02141B der Ticona GmbH, Kelsterbach, zum Einsatz (CAS-Nummer: 26125-40-6).
Als modifiziertes Polyolefin wird Lotader AX8840, ein Copolymer aus Ethylen und 8 Gew.-% Glycidylmethacrylat (GMA) der Atofina Chemicals, Inc., Philadelphia (USA), eingesetzt. Als Haft Vermittler auf Organosilan-Basis wird 3-Glycidoxypropyl- trimethoxysilan (®Silquest A-187) von GE Bayer Silicones BV, Bergen op Zoom, Niederlande, verwendet.
Das im Ausführangsbeispiel verwendete Gleitmittel ist Pentaerythrit- Tetrastearat (PETS), das unter der Markenbezeichnung ®Glycolube P von der Lonza Ltd. oder unter der Marke ®Loxiol EP861 von der Henkel KGaA (CAS-Nummer: 115-83-3) verfügbar ist.
Als Verstärkungsfasermaterial kommt Fiberglass 165A-11C von Owens- Corning Fiberglass Corp., Toledo, Ohio, USA, zum Einsatz.
Eine alternative Lösung sieht zusätzlich schwarzes Farbkonzentrat mit einem Anteil von 2,5 Gew.-% vor, wobei sich der Anteil des Polyphenylensulfids dann auf 60,75 Gew.-% reduziert.
Ein Härtetest (nach EN ISO 2039-1, Kugeldruckhärte getempert; 30 sec- Wert) zeigte Härtewerte zwischen 120 und 150 N/mm , was deutlich unterhalb der zu erwartenden Härte liegt, die bei dem als Grundwerkstoff zum Einsatz kommenden Polyarylensulfid jedenfalls oberhalb von 190 N/mm2 liegt, und zwar bereits ohne Verstärkungsmaterial (Glas- oder Kohlenstofffasern); mit Verstärkungsmaterial von beispielsweise 40 % Glasfasern liegt die Härte sogar im Bereich von 322 N/mm2.
Des weiteren ist das vorgeschlagene Kunststoffmaterial sehr gut temperaturstabil, so dass auch Lagertemperaturen von ca. 150 °C und darüber dauerhaf ausgehalten werden. Dies gilt insbesondere auch bei aggressiven Umgebungsbedingungen, beispielweise in Ölen, Fetten oder sauren Chemikalien.

Claims

25. Mai 2005 Patentansprüche:
1. Wälzlager, bestehend aus mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring, zwischen denen eine Anzahl Wälzkörper, insbesondere Kugeln, angeordnet sind, wobei die Wälzköφer in einem Käfig geführt werden, wobei der Käfig aus Kunststoff besteht und wobei der Kunststoff zumindest teilweise Polyarylensulfid ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Käfigs folgende Zusammensetzung hat:
5 bis 50 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 40 bis 95 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 60 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Käfigs folgende Zusammensetzung hat:
7 bis 25 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 50 bis 90 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 50 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.
3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Käfigs folgende Zusammensetzung hat:
10 bis 15 Gew.-% modifiziertes Polyolefin; 55 bis 80 Gew.-% Polyarylensulfid; 0 bis 40 Gew.-% weitere Zusatzstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel.
4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Polyarylensulfid zwischen 57,5 Gew.-% und 66,5 Gew.-% liegt.
5. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyarylensulfid linearkettiges Polyphenylensulfid ist.
6. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Polyolefin ein Copolymer aus Polyethylen und Glycidylmethacrylat ist.
7. Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer zwischen 4 und 12 Gew.-%, vorzugsweise von 8 Gew.-%, Glycidylmethacrylat aufweist.
8. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Füll- und/oder Verstärkungsstoff Fiberglasfasern sind.
9. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Füll- und/oder Verstärkungsstoff Kohlenstofffasern sind.
EP05751000A 2004-06-21 2005-05-30 Wälzlager Ceased EP1789688A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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