WO2024199565A1 - Käfig für wälzlager und wälzlager mit käfig - Google Patents

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rolling bearing
bearing
rolling
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Patrick Schmitt
Marco Krapf
Andreas Becker
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    • F16C2208/62—Polyamides [PA] high performance polyamides, e.g. PA12, PA46

Definitions

  • the present invention relates to a cage for a rolling bearing, as well as a rolling bearing, in particular for a vehicle, in particular a motor vehicle, such as a car, a truck or another commercial vehicle, with such a cage.
  • Rolling bearings are generally known in the art. Rolling bearings generally have an inner bearing ring, an outer bearing ring and rolling elements accommodated between them, which are held by a cage between the bearing rings so that they roll on the corresponding bearing ring running surfaces.
  • the cage is coupled to the two bearing rings in different ways so that the cage is prevented from falling out and thus the rolling bearing is prevented from being dismantled.
  • Rolling bearings in particular the bearing rings and/or the rolling elements, are currently mainly made of steel, which produces a lot of carbon dioxide (CO2). It is also known to manufacture bearing cages from steel, but for certain applications it is also common to manufacture bearing cages from a plastic, a plastic mixture, a fiber-reinforced plastic or a fiber-reinforced plastic mixture, for example to reduce the weight of the rolling bearing or the CC>2 balance of the rolling bearing.
  • the plastics or plastic mixtures that are usually used for bearing cages are usually petroleum-based, which means that CC>2 emissions can be improved compared to using a bearing cage made of steel and in particular during production, but a comparatively large amount of carbon dioxide (CO2) is still produced, in particular during production.
  • an object of the present invention to provide an improved cage for a rolling bearing and an improved rolling bearing, in particular for a vehicle, which achieve a CC>2 balance of the cage and/or the rolling bearing, in particular over over the entire service life, and/or reduce friction within the rolling bearing.
  • the cage according to the invention for a rolling bearing has a ring-like main body with several pockets.
  • the pockets are arranged in the circumferential direction, in particular evenly distributed, and are designed to accommodate rolling elements of the rolling bearing.
  • the ring-like main body is made of a polyamide material, wherein the polyamide material comprises a polyamide 410.
  • Polyamide 410 is one of the high-performance polyamides and is a highly partially crystalline material with a high surface hardness.
  • Polyamide 410 has a high melting point, i.e. a high glass transition temperature, of around 250°C, low moisture absorption and excellent resistance to various chemical substances, which makes it suitable for use in the bearing sector. Due to the low moisture absorption, especially water absorption, polyamide 410 shows a reduced increase in toughness through water absorption than other, well-known polymer materials that are used to manufacture bearing cages, such as polyamide 66.
  • the advantage of the solution according to the invention is therefore that the cage with polyamide 410 as the polyamide material has improved dimensional stability, which can extend the service life of the rolling bearing.
  • friction between the cage and another component serving as a friction partner, e.g. the rolling elements is reduced due to the chemical properties, e.g. the high glass transition temperature, and/or the chemical structure, e.g. the surface hardness or the degree of crystallinity, of polyamide 410 in comparison to other polymer materials known for the production of bearing cages.
  • the friction between the cage and the rolling elements can be reduced by up to 25% compared to polyamide 66, which is usually used to produce bearing cages, especially when the cage is used in a rolling bearing used as a wheel bearing in the low to medium speed range.
  • Lower friction results in less wear of the components rubbing against each other, in particular the cage and the rolling elements, and can therefore extend the service life of the cage or the rolling bearing.
  • a cage with lower friction and in particular a longer life can contribute to a reduction in the CC>2 balance of a rolling bearing, such as a truck bearing, a car bearing, a railway wheel bearing, etc. and thus to a reduction in the CO2 balance of the respective vehicle.
  • polyamide 410 is a bio-based polyamide material, during the production of the polymer up to the granulate, the CC>2 balance can be reduced by more than 70% compared to polyamide 66, since nowadays petroleum-based polyamide 66 is usually used to produce bearing cages, among other things for cost reasons. Petroleum-based polyamide, like most other petroleum-based polymer materials, causes a comparatively high CC>2 load during the production of the polymer.
  • polyamide 410 can be processed using the same tools, machines and processes as polyamide 66, from which the cages are currently predominantly manufactured.
  • the polyamide material further comprises reinforcing fibers.
  • the reinforcing fibers comprise at least glass fibers which have a content of at least about 25% by weight of the polyamide material. It can therefore be said that the polyamide material is designed as a polyamide composite material, wherein a matrix of the composite material comprises the polyamide 410, the reinforcing fibers can improve the stability and/or strength and thus the service life of the cage.
  • the polyamide 410 is made of at least about 50% renewable raw materials.
  • polyamide 410 can be made of about 70-75% renewable raw materials, in particular castor oil. With an increasing proportion of renewable raw materials in the production of polymer materials, the CO2 balance for the production of the polymer material can be reduced.
  • the content of glass fibers is at least about
  • the cage made of polyamide composite material with polyamide 410 and
  • PA410-GF30 30 wt.% glass fiber content
  • PA410-GF30 can reduce the friction within the rolling bearing, especially in the low and medium speed range, can be reduced by up to about 25% compared to a cage made of polyamide 66 with 25% by weight glass fiber content (PA66-GF25). This makes it possible to further improve CO2 savings and the CO2 balance.
  • the polyamide composite material further comprises a damping filler, wherein the content of the filler is approximately 5% by weight to approximately 19% by weight, in particular approximately 10% by weight.
  • the damping filler gives the polyamide composite material a higher impact strength.
  • the number of contacts between the cage and the rolling elements is increased and/or accelerated. It can therefore be said that the cage is thrown back and forth between the rolling elements at high speeds of the rolling bearing.
  • the harder the material of the cage the less dampening of these contacts, which increases friction between the cage and the rolling elements.
  • the difference in the friction occurring at high speeds between a cage made of PA66 and a cage made of PA410 is negligible.
  • the damping filler, or the resulting increased impact strength makes it possible to significantly reduce friction even in the high speed ranges. It can therefore be said that by adding a damping filler, an impact-modified variant of the polyamide composite material is formed.
  • the damping filler comprises an oil-based polyamide 6 (PA6) and/or a bio-based polyamide 6 (PA6 B).
  • Polyamide 6 is an elastic polymer, i.e. a so-called elastomer, with high toughness and high wear resistance.
  • polyamide 6 has good sliding properties, so that the addition of polyamide 6 can increase the impact strength of the polyamide composite material and reduce friction.
  • a bio-based polyamide 6 it is possible to further improve the CO2 balance, since a bio-based polyamide 6 has a low CO2 balance, e.g. of around 1.4 kg CO2eq per 1 kg bio-based polyamide 6.
  • the damping filler comprises an oil-based and/or a bio-based polyketone (PK).
  • PK bio-based polyketone
  • Polyketone is one of the thermoplastic materials, the so-called thermoplastics, and has high impact strength, good wear resistance, excellent chemical resistance and has a low moisture absorption. Since one of the monomers required to produce polyketone is CO2, polyketone can also be used as a filler to improve the CO2 balance.
  • the damping filler comprises a cross-linked elastomer, e.g., ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), natural rubber (NR) or nitrile-butadiene rubber (NBR).
  • the cross-linked elastomers can have crack-stopping properties in addition to damping properties. This can improve the durability or service life of the bearing cage. Furthermore, deformation of the bearing cage under stress can be delayed or even reduced by the damping filler, in particular a cross-linked elastomer.
  • the use of natural rubber has hardly any negative influence on the CC>2 balance, i.e. the use of natural rubber can improve the CC>2 balance of the cage and/or the bearing compared to the use of a synthetic rubber.
  • the damping filler comprises a polyolefin, e.g. polyethylene (PE) or polypropylene (PP).
  • polyolefins can also have crack-stopping properties. This can improve the durability or service life of the bearing cage. Furthermore, deformation of the bearing cage under stress can be delayed or even reduced by the damping filler, in particular a polyolefin.
  • the polyamide composite material further comprises flame retardants and/or heat stabilizers and/or hydrolysis stabilizers.
  • These agents are usually also mixed into the polyamide composite material as fillers in order to be able to use the cage or the rolling bearing under special conditions.
  • heat stabilizers are often used together with polyamides to improve the heat resistance of the material. Flame retardants are relevant in the field of electromobility, for example.
  • a further aspect of the invention relates to a rolling bearing for a vehicle, in particular a motor vehicle, such as a car, a truck or another commercial vehicle.
  • the rolling bearing has an inner ring, an outer ring, a rolling body and a cage, described above and below, in particular according to the invention.
  • the inner ring has an inner ring raceway on an outer circumferential surface.
  • the outer ring is arranged radially outside, spaced apart and essentially concentrically to the inner ring, and has an outer ring raceway on an inner circumferential surface.
  • the cage according to the invention for a rolling bearing has a ring-like main body with several pockets. The pockets are arranged in the circumferential direction, in particular evenly distributed.
  • the ring-like main body is made of a polyamide material, wherein the polyamide material comprises a polyamide 410.
  • the rolling elements are arranged between the inner ring and the outer ring in such a way that when the two rings move relative to one another, they roll or roll on the inner ring raceway and/or on the outer ring raceway.
  • the rolling elements are accommodated in the pockets of the cage, so that the cage holds the rolling elements in the circumferential direction, in particular evenly spaced from one another, between the inner ring and the outer ring.
  • the polyamide material may further comprise reinforcing fibers, wherein the reinforcing fibers comprise at least glass fibers having a content of at least about 25% by weight of the polyamide material.
  • Polyamide 410 is one of the high-performance polyamides and is a highly partially crystalline material with a high surface hardness.
  • Polyamide 410 has a high melting point, i.e. a high glass transition temperature, of around 250°C, low moisture absorption and excellent resistance to various chemical substances, which makes it suitable for use in the bearing sector. Due to the low moisture absorption or water absorption, polyamide 410 shows a reduced increase in toughness through water absorption than other, well-known polymer materials that are used to make bearing cages, such as polyamide 66.
  • the cage with polyamide 410 as a polyamide composite material has improved dimensional stability, which can extend the service life of the rolling bearing.
  • friction between the cage and another component serving as a friction partner, e.g. the rolling elements and/or the bearing rings is reduced due to the chemical properties, e.g. the high glass transition temperature, and/or the chemical structure, e.g. the surface hardness or the degree of crystallinity, of polyamide 410 in comparison to other polymer materials known for the production of bearing cages.
  • the friction between the cage and the rolling elements can be reduced by up to 25% compared to polyamide 66, which is usually used to produce bearing cages, especially when the cage is used in a rolling bearing used as a wheel bearing in the low to medium speed range.
  • polyamide 410 is a bio-based polyamide material, during the production of the polymer up to the granulate, the CC>2 balance can be reduced by more than 70% compared to polyamide 66, since nowadays petroleum-based polyamide 66 is usually used to produce bearing cages, among other things for cost reasons. Petroleum-based polyamide, like most other petroleum-based polymer materials, causes a comparatively high CC>2 load during the production of the polymer. Thus, the use of polyamide 410 can improve the CC>2 balance of the rolling bearing and thus of the respective vehicle.
  • polyamide 410 can be processed using the same tools, machines and processes as polyamide 66, which is currently used primarily to manufacture cages. This means that there are hardly any additional costs for the production of the rolling bearing.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of average greenhouse gas emissions, i.e., of CC>2 balances during production for various plastics that can be used to manufacture bearing cages.
  • polyamide 66 PA66
  • PA66 polyamide 66
  • Fig. 1 it can be seen that polyamide 66 (PA66) has a CC>2 balance of 6.5 kg CO2eq per kg of polyamide 66 produced, whereas polyamide 410 (PA410) only has a CC>2 balance of 1.9 kg CO2eq per kg of polyamide 410 produced.
  • the greenhouse gas emissions for the production of polyamide 410 are only about 30% of the greenhouse gas emissions for the production of polyamide 66.
  • greenhouse gas emissions can be reduced by about 70%.
  • polyamide 410 also enables a significant reduction in greenhouse gas emissions, namely by about 52% to about 55%, compared to other materials used to manufacture bearing cages.
  • a bio-based polyamide 6 (PA6 B) can have even lower greenhouse gas emissions than polyamide 410, which is why it is particularly suitable as a filler to increase impact strength.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, aufweisend: einen ringartigen Hauptkörper, der mehrere Taschen aufweist, die in Umfangsrichtung, insbesondere gleichverteilt, angeordnet sind, und dazu eingerichtet sind Wälzkörper des Wälzlagers aufzunehmen, wobei der ringartige Hauptkörper aus einem Polyamid-Werkstoff ausgebildet ist, wobei der Polyamid- Werkstoff ein Polyamid (410) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Wälzlager mit einem erfindungsgemäßen Käfig.

Description

Käfig für Wälzlager und Wälzlager mit Käfig
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, sowie ein Wälzlager, insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie bspw. eines PKWs, eines LKWs oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einem solchen Käfig.
Stand der Technik
Wälzlager sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Wälzlager weisen in der Regel einen Lagerinnenring, einen Lageraußenring und dazwischen aufgenommene Wälzkörper auf, die von einem Käfig so zwischen den Lagerringen gehalten werden, dass sie an entsprechenden Lagerringlaufflächen abrollen. Der Käfig ist dabei auf unterschiedliche Weise derart mit den beiden Lagerringen gekoppelt, dass ein Herausfallen des Käfigs und damit eine Demontage des Wälzlagers möglichst verhindert wird.
Wälzlager, insbesondere die Lagerringe und/oder die Wälzkörper, werden derzeit überwiegend aus Stahl hergestellt, wodurch viel Kohlenstoffdioxid (CO2) erzeugt wird. Ferner ist es auch bekannt, Lagerkäfige aus Stahl zu fertigen, jedoch ist es für bestimmte Anwendungen auch üblich, Lagerkäfige aus einem Kunststoff, einem Kunststoffgemisch, einem faserverstärkten Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoffgemisch herzustellen, um z.B. das Gewicht des Wälzlagers oder auch eine CC>2-Bilanz des Wälzlagers zu reduzieren. Die Kunststoffe oder Kunststoffgemische, die üblicherweise für Lagerkäfige verwendet werden, sind in der Regel erdölbasiert, wodurch ein CC>2-Ausstoß gegenüber der Verwendung eines Lagerkäfigs aus Stahl und insbesondere bei der Herstellung zwar verbessert werden kann, jedoch weiterhin, insbesondere bei der Herstellung, vergleichsweise viel Kohlestoffdioxid (CO2) erzeugt wird.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, einen bekannten Käfig für ein Wälzlager sowie ein bekanntes Wälzlager, insbesondere für ein Fahrzeug, zu verbessern, insbesondere einen Käfig und ein Wälzlager bereitzustellen, die eine CC>2-Bilanz des Käfigs und/oder des Wälzlagers, insbesondere über die gesamte Lebensdauer betrachtet, verbessern, und/oder eine Reibung innerhalb des Wälzlagers reduzieren.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Käfig für ein Wälzlager sowie ein verbessertes Wälzlager, insbesondere für ein Fahrzeug, bereitzustellen, die eine CC>2-Bilanz des Käfigs und /oder des Wälzlagers, insbesondere über die gesamte Lebensdauer betrachtet, verbessern, und/oder eine Reibung innerhalb des Wälzlagers reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werde n können, werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Käfig für ein Wälzlager weist einen ringartigen Hauptkörper mit mehreren Taschen auf. Die Taschen sind in Umfangsrichtung, insbesondere gleichverteilt, angeordnet und dazu eingerichtet, Wälzkörper des Wälzlagers aufzunehmen. Der ringartige Hauptkörper ist aus einem Polyamid-Werkstoff ausgebildet, wobei der Polyamid- Werkstoff ein Polyamid 410 aufweist.
Polyamid 410 zählt zu den Hochleistungspolyamiden, und ist ein hochteilkristalliner Werkstoff mit einer hohen Oberflächenhärte. Polyamid 410 besitzt hohen Schmelzpunkt, also eine hohe Glasübergangstemperatur, von etwa 250°C, eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber verschiedenen chemischen Substanzen, weshalb es sich für den Einsatz im Lagerbereich eignet. Durch die geringe Feuchtigkeitsaufnahme, insbesondere Wasseraufnahme, zeigt Polyamid 410 eine reduzierte Zunahme an Zähigkeit durch Wasseraufnahme als andere, bekannte Polymerwerkstoffe, die zur Herstellung von Lagerkäfigen bekannt sind, wie bspw. Polyamid 66.
Somit liegt der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung insbesondere darin, dass der Käfig mit Polyamid 410 als Polyamid-Werkstoff eine verbesserte Formstabilität aufweist, wodurch eine Lebensdauer des Wälzlagers verlängern werden kann. Darüber hinaus ist eine Reibung zwischen dem Käfig und einer als Reibungspartner dienenden anderen Komponente, z.B. den Wälzkörpern, aufgrund der chemischen Eigenschaften, z.B. die hohe Glasübergangstemperatur, und/oder der chemischen Struktur, z.B., die Oberflächenhärte bzw. der Kristallinitätsgrad, von Polyamid 410 im Vergleich zu anderen für die Herstellung von Lagerkäfigen bekannten Polymerwerkstoffen vermindert. Insbesondere kann die Reibung zwischen dem Käfig und den Wälzkörpern gegenüber Polyamid 66, das üblicherweise zur Herstellung von Lagerkäfigen verwendet wird, um bis zu 25% reduziert werden, insbesondere, wenn der Käfig in einem als Radlager eingesetzten Wälzlager im niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich eingesetzt wird. Eine geringere Reibung resultiert in einem geringeren Verschleiß der aneinander reibenden Komponenten, insbesondere dem Käfig und den Wälzkörpern, und kann somit die Lebensdauer des Käfigs bzw. des Wälzlagers verlängern. Somit kann ein solcher reibungsärmerer, insbesondere längerlebiger, Käfig zu einer Reduzierung einer CC>2-Bilanz eines Wälzlagers, wie bspw. eines LKW- Lagers, eines PKW-Lagers, eines Bahnradlagers etc. und somit zur Reduzierung einer CO2- Bilanz des jeweiligen Fahrzeugs beitragen.
Darüber hinaus ist Polyamid 410 ein biobasierter Polyamid- Werkstoff, bei dessen Herstellung des Polymers bis zum Granulat die CC>2-Bilanz im Vergleich zu Polyamid 66 um mehr als 70% reduziert werden kann, da heutzutage üblicherweise, u.a. aus Kostengründen, erdölbasiertes Polyamid 66 zur Herstellung von Lagerkäfigen eingesetzt wird. Erdölbasiertes Polyamid verursacht, wie die meisten andere erdölbasierten Polymerwerkstoffe, bei der Herstellung des Polymers eine vergleichsweise hohe CC>2-Belastung.
Ferner kann Polyamid 410 mit denselben Werkzeugen, Maschinen und Prozessen verarbeitet werden wie Polyamid 66, aus dem die Käfige derzeit überwiegend hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Polyamid-Werkstoff ferner verstärkende Fasern auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die verstärkenden Fasern zumindest Glasfasern umfassen, die einen Gehalt von zumindest etwa 25 Gew.-% des Polyamid- Werkstoffs aufweisen. Man kann also sagen, dass der Polyamid- Werkstoff als ein Polyamid- Verbundwerkstoff ausgebildet ist, wobei eine Matrix des Verbundwerkstoffs das Polyamid 410 aufweist, die verstärkenden Fasern können die Stabilität und/oder Festigkeit und somit die Lebensdauer des Käfigs verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Polyamid 410 zumindest zu etwa 50% aus nachwachsenden Rohstoffen ausgebildet. Insbesondere kann Polyamid 410 zu etwa 70-75% aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere Rizinusöl, hergestellt werden. Mit zunehmendem Anteil an nachwachsenden Rohstoffen in der Herstellung von Polymerwerkstoffen, kann eine CO2-Bilanz zur Herstellung des Polymerwerkstoffs reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Gehalt an Glasfasern zumindest etwa
30 Gew.-%. Der Käfig aus dem Polyamid- Verbundwerkstoff mit Polyamid 410 und
30 Gew.-% Glasfaseranteil (PA410-GF30) kann die Reibung innerhalb des Wälzlagers, insbesondere im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich, gegenüber einem Käfig aus einem Polyamid 66 mit 25 Gew.-% Glasfaseranteil (PA66-GF25) um bis zu etwa 25% reduziert werden. Dadurch ist es möglich, die CO2-Einsparung bzw. die CO2-Bilanz weiter zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Polyamid-Verbundwerkstoff ferner einen dämpfenden Füllstoff, wobei ein Gehalt des Füllstoffs etwa 5 Gew.-% bis etwa 19 Gew.-%, insbesondere etwa 10 Gew.-% beträgt. Der dämpfende Füllstoff verleiht dem Polyamid- Verbundwerkstoff eine höhere Schlagzähigkeit. Somit ist es durch ein Zumischen eines dämpfenden Füllstoffs möglich, die Reibung innerhalb des Wälzlagers auch beim Betrieb in hohen Drehzahlbereichen zu reduzieren.
In den hohen Drehzahlbereichen ist eine Anzahl an Kontakten zwischen dem Käfig und dem Wälzkörper erhöht und/oder beschleunigt. Man kann also sagen, dass der Käfig bei hohen Drehzahlen des Wälzlagers zwischen den Wälzkörpern hin und her geschleudert wird. Je härter der Werkstoff des Käfigs, desto geringer ist eine Dämpfung dieser Kontakte, wodurch eine Reibung zwischen dem Käfig und den Wälzkörpern erhöht ist. Insbesondere ist ein Unterschied der bei hohen Drehzahlen auftretenden Reibung bei einem Käfig aus PA66 und einem Käfig aus PA410 vernachlässigbar gering. Der dämpfende Füllstoff, bzw. die dadurch erhöhte Schlagzähigkeit ermöglicht es, die Reibung auch in den Bereichen hoher Drehzahlen signifikant zu reduzieren. Man kann also sagen, dass durch das Zumischen eines dämpfenden Füllstoffs eine schlagzähmodifizierte Variante der Polyamid- Verbundwerkstoffs ausgebildet wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der dämpfende Füllstoff ein ölbasiertes Polyamid 6 (PA6) und/oder ein biobasiertes Polyamid 6 (PA6 B). Polyamid 6 ist ein elastisches Polymer, also ein sogenanntes Elastomer, mit einer hohen Zähigkeit sowie einer hohen Verschleißfestigkeit, darüber hinaus besitzt Polyamid 6 gute Gleiteigenschaften, sodass das Zumischen von Polyamid 6 die Schlagzähigkeit der Polyamid-Verbundwerkstoffs erhöhen und eine Reibung reduzieren kann. Insbesondere durch das Zumischen eines biobasierten Polyamids 6 ist es möglich, die CO2-Bilanz weiter zu verbessern, da ein biobasiertes Polyamid 6 eine geringe CO2-Bilanz, z.B. von etwa 1 ,4kg CO2eq pro 1kg biobasiertem Polyamid 6.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der dämpfende Füllstoff ein ölbasiertes und/oder ein biobasiertes Polyketon (PK). Polyketon zählt zu den thermoplastischen Materialien, den sogenannten Thermoplasten, und besitzt eine hohe Schlagzähigkeit, eine gute Verschleißbeständigkeit, eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit und weist eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auf. Da einer der zur Herstellung von Polyketon benötigten Monomere CO2 ist, kann auch Polyketon als Füllstoff ferner zur Verbesserung der CO2- Bilanz beitragen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der dämpfende Füllstoff ein vernetztes Elastomer, z.B., Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Naturkautschuk (NR) oder Nitril-Butadien- Kautschuk (NBR). Die vernetzten Elastomere können neben dämpfenden Eigenschaften auch Rissstopp-Eigenschaften aufweisen. Dadurch kann eine Haltbarkeit bzw. Lebensdauer des Lagerkäfigs verbessert werden. Ferner kann auch eine Verformung des Lagerkäfigs bei Beanspruchung durch den dämpfenden Füllstoff, insbesondere einem vernetzten Elastomer, verzögert oder gar reduziert werden. Insbesondere die Verwendung von Naturkautschuk hat kaum einen negativen Einfluss auf die CC>2-Bilanz, d.h., die Verwendung von Naturkautschuk kann die CC>2-Bilanz des Käfigs und/oder des Lagers im Vergleich zu einer Verwendung eines synthetischen Kautschuks verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der dämpfende Füllstoff ein Polyolefin, z.B., Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Polyolefine können neben dämpfenden Eigenschaften auch Rissstopp-Eigenschaften aufweisen. Dadurch kann eine Haltbarkeit bzw. Lebensdauer des Lagerkäfigs verbessert werden. Ferner kann auch eine Verformung des Lagerkäfigs bei Beanspruchung durch den dämpfenden Füllstoff, insbesondere einem Polyolefin, verzögert oder gar reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Polyamid-Verbundwerkstoff ferner Flammschutzmittel und/oder Hitze-Stabilisationsmittel und/oder Hydrolyse- Stabilisationsmittel. Diese Mittel werden üblicherweise ebenfalls als Füllstoffe zu dem Polyamid- Verbundwerkstoff hinzugemischt, um den Käfig bzw. das Wälzlager auch unter speziellen Bedingungen einsetzen zu können. Zum Beispiel werden Hitze-Stabilisationsmittel häufig zusammen mit Polyamiden eingesetzt, um die Hitzebeständigkeit des Materials zu verbessern. Flammschutzmittel sind z.B. im Bereich der Elektromobilität relevant.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Wälzlager für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, wie bspw. ein PKW, ein LKW oder ein anderes Nutzfahrzeug. Das Wälzlager weist einen Innenring, einen Außenring, einen Wälzkörper und einen vorstehend und nachfolgend beschriebenen, insbesondere erfindungsgemäßen, Käfig auf. Der Innenring weist an einer Außenumfangsfläche eine Innenringlaufbahn auf. Der Außenring ist in radialer Richtung außerhalb, beabstandet und im Wesentlichen konzentrisch zum Innenring angeordnet, und weist an einer Innenumfangsfläche eine Außenringlaufbahn auf. Der erfindungsgemäße Käfig für ein Wälzlager weist einen ringartigen Hauptkörper mit mehreren Taschen auf. Die Taschen sind in Umfangsrichtung, insbesondere gleichverteilt, angeordnet Der ringartige Hauptkörper ist aus einem Polyamid-Werkstoff ausgebildet, wobei der Polyamid- Werkstoff ein Polyamid 410 aufweist. Die Wälzkörper sind derart zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet, dass sie bei einer Relativbewegung der beiden Ringe zueinander an der Innenringlaufbahn und/oder an der Außenringlaufbahn abrollen bzw. abwälzen. Dabei sind die Wälzkörper in den Taschen des Käfigs aufgenommen, sodass der Käfig die Wälzkörper in Umfangsrichtung, insbesondere gleichmäßig zueinander beabstandet, zwischen dem Innenring und dem Außenring hält.
Insbesondere kann der Polyamid-Werkstoff ferner verstärkende Fasern umfassen, wobei die verstärkenden Fasern zumindest Glasfasern umfassen, die einen Gehalt von zumindest etwa 25 Gew.-% des Polyamid- Werkstoffs aufweisen.
Polyamid 410 zählt zu den Hochleistungspolyamiden, und ist ein hochteilkristalliner Werkstoff mit einer hohen Oberflächenhärte. Polyamid 410 besitzt hohen Schmelzpunkt, also eine hohe Glasübergangstemperatur, von etwa 250°C, eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber verschiedenen chemischen Substanzen, weshalb es sich für den Einsatz im Lagerbereich eignet. Durch die geringe Feuchtigkeitsaufnahme bzw. Wasseraufnahme zeigt Polyamid 410 eine reduzierte Zunahme an Zähigkeit durch Wasseraufnahme als andere, bekannte Polymerwerkstoffe, die zur Herstellung von Lagerkäfigen bekannt sind, wie bspw. Polyamid 66.
Somit weist der Käfig mit Polyamid 410 als Polyamid-Verbundwerkstoff eine verbesserte Formstabilität aufweist, wodurch eine Lebensdauer des Wälzlagers verlängern werden kann. Darüber hinaus ist eine Reibung zwischen dem Käfig und einer als Reibungspartner dienenden anderen Komponente, z.B. den Wälzkörpern und/oder den Lagerringen, aufgrund der chemischen Eigenschaften, z.B. die hohe Glasübergangstemperatur, und/oder der chemischen Struktur, z.B., die Oberflächenhärte bzw. der Kristallinitätsgrad, von Polyamid 410 im Vergleich zu anderen für die Herstellung von Lagerkäfigen bekannten Polymerwerkstoffen vermindert. Insbesondere kann die Reibung zwischen dem Käfig und den Wälzkörpern gegenüber Polyamid 66, das üblicherweise zur Herstellung von Lagerkäfigen verwendet wird, um bis zu 25% reduziert werden, insbesondere, wenn der Käfig in einem als Radlager eingesetzten Wälzlager im niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich eingesetzt wird. Eine geringere Reibung resultiert in einem geringeren Verschleiß der aneinander reibenden Komponenten, insbesondere dem Käfig und den Wälzkörpern, und kann somit die Lebensdauer des Käfigs bzw. des Wälzlagers verlängern. Somit kann ein solcher reibungsärmerer, insbesondere längerlebiger, Käfig zu einer Reduzierung einer CC>2-Bilanz des Wälzlagers, bspw. als ein LKW-Lager, ein PKW-Lager, ein Bahnradlager etc. und somit zur Reduzierung einer CC>2-Bilanz des jeweiligen Fahrzeugs beitragen.
Darüber hinaus ist Polyamid 410 ein biobasierter Polyamid-Werkstoff, bei dessen Herstellung des Polymers bis zum Granulat die CC>2-Bilanz im Vergleich zu Polyamid 66 um mehr als 70% reduziert werden kann, da heutzutage üblicherweise, u.a. aus Kostengründen, erdölbasiertes Polyamid 66 zur Herstellung von Lagerkäfigen eingesetzt wird. Erdölbasiertes Polyamid verursacht, wie die meisten andere erdölbasierten Polymerwerkstoffe, bei der Herstellung des Polymers eine vergleichsweise hohe CC>2-Belastung. Somit kann durch die Verwendung von Polyamid 410 die CC>2-Bilanz des Wälzlagers und somit des jeweiligen Fahrzeugs verbessert werden.
Ferner kann Polyamid 410 mit denselben Werkzeugen, Maschinen und Prozessen verarbeitet werden wie Polyamid 66, aus dem die Käfige derzeit überwiegend hergestellt werden. Dadurch entstehen kaum zusätzlich Kosten für die Herstellung des Wälzlagers.
Detailbeschreibung anhand Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung von durchschnittlichen Treibhausgas-Emissionen, d.h., von CC>2-Bilanzen bei der Produktion für verschiedene Kunststoffe, die zur Herstellung von Lagerkäfigen verwendet werden können. Insbesondere wird derzeit üblicherweise Polyamid 66 (PA66) zur Herstellung von Lagerkäfigen verwendet. In Fig. 1 zu erkennen, dass Polyamid 66 (PA66) CC>2-Bilanz von 6,5kg CO2eq pro kg produziertes Polyamid 66 aufweist, wohingegen Polyamid 410 (PA410) lediglich eine CC>2-Bilanz von 1 ,9kg CO2eq pro kg produziertes Polyamid 410 aufweist. Somit betragen die Treibhausgas-Emissionen zur Produktion von Polyamid 410 nur etwa 30% der Treibhausgas-Emissionen zur Produktion von Polyamid 66 beträgt. Mit anderen Worten kann man sagen, dass durch die Verwendung von Polyamid 410 zur Herstellung von Lagerkäfigen anstelle von Polyamid 66, die Treibhausgas-Emissionen um etwa 70% reduziert werden können.
Ferner ist in Fig. 1 zu erkennen, dass Polyamid 410 auch gegenüber anderen, zur Herstellung von Lagerkäfigen verwendeten eine erhebliche Reduzierung der Treibhausgas- Emissionen, nämlich um etwa 52% bis etwa 55%, ermöglicht. Ein biobasiertes Polyamid 6 (PA6 B) kann eine noch geringere Treibhausgas-Emission aufweisen als Polyamid 410, weshalb es sich als Füllstoff zur Erhöhung der Schlagzähigkeit besonders eignet.

Claims

Ansprüche
1. Käfig für ein Wälzlager, aufweisend: einen ringartigen Hauptkörper, der mehrere Taschen aufweist, die in Umfangsrichtung, insbesondere gleichverteilt, angeordnet sind, und dazu eingerichtet sind Wälzkörper des Wälzlagers aufzunehmen, wobei der ringartige Hauptkörper aus einem Polyamid- Werkstoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyamid-Werkstoff ein Polyamid 410 aufweist.
2. Käfig nach Anspruch 1 , wobei der Polyamid-Werkstoff ferner verstärkende Fasern aufweist.
3. Käfig nach Anspruch 2, wobei die verstärkenden Fasern zumindest Glasfasern umfassen, die einen Gehalt von zumindest etwa 25% aufweisen.
4. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polyamid 410 zumindest zu etwa 50% aus nachwachsenden Rohstoffen ausgebildet ist.
5. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Polyamid- Werkstoff ferner einen dämpfenden Füllstoff umfasst, wobei ein Gehalt des Füllstoffs etwa 5% bis etwa 19% beträgt.
6. Käfig nach Anspruch 5, wobei der dämpfende Füllstoff ein ölbasiertes Polyamid 6 und/oder ein biobasiertes Polyamid 6 umfasst und/oder wobei der dämpfende Füllstoff ein ölbasiertes und/oder ein biobasiertes Polyketon umfasst.
7. Käfig nach Anspruch 5 oder 6, wobei der dämpfende Füllstoff ein vernetztes Elastomer umfasst.
8. Käfig nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der dämpfende Füllstoff ein Polyolefin umfasst.
9. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Polyamid- Werkstoff ferner Flammschutzmittel und/oder Hitze-Stabilisationsmittel und/oder Hydrolyse- Stabilisationsmittel umfasst.
10. Wälzlager, aufweisend: einen Innenring, der an einer Außenumfangsfläche eine Innenringlaufbahn aufweist, einen Außenring, der in radialer Richtung außerhalb und beabstandet und im
Wesentlichen konzentrisch zum Innenring angeordnet ist, und an einer Innenumfangsfläche eine Außenringlaufbahn aufweist,
Wälzkörper, die zwischen dem Innenring und dem Außenring derart angeordnet sind, dass sie bei einer Relativbewegung der beiden Ringe zueinander an der Innenringlaufbahn und/oder an der Außenringlaufbahn abrollt/abwälzt, und einen Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wälzkörper in den Taschen des Käfigs aufgenommen sind, sodass der Käfig die Wälzkörper in Umfangsrichtung, insbesondere gleichmäßig zueinander beabstandet, zwischen dem Innenring und dem Außenring hält.
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