DE102015201173B4 - roller bearing cage - Google Patents

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Abstract

Wälzlagerkäfig (1) mit einer Korrosionsschutzbeschichtung aus oleophobem und/oder lipophobem Material, wobei die Dicke der Beschichtung (4) weniger als 1 µm beträgt, und wobei weiterhin der Wälzlagerkäfig mindestens einen Flächenabschnitt (2) aufweist, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Käfigs (1) und unter Mangelschmierung zumindest abschnittsweise eine Gegenfläche (3) kontaktiert und mit dieser im Gleitkontakt ist, wobei der Flächenabschnitt (2) zwei erste Bereiche (A1) aufweist, die mit der Beschichtung (4) aus oleophobem und/oder lipophobem Material versehen sind, und die einen zweiten Bereich (A2) einschließen, der frei von einer solchen Beschichtung (4) ist, wobei die beiden ersten Bereiche (A1) über eine vorgegebene Erstreckung so weit zusammenlaufen, dass sie eine Engstelle (5) des zweiten Bereichs (A2) bilden, so dass der eingeschlossene zweite Bereich (A2) abschnittsweise eine Kapillare für Öl oder Fett bildet und wobei die Beschichtung (4) aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) besteht.Roller bearing cage (1) with an anti-corrosion coating made of oleophobic and/or lipophobic material, the thickness of the coating (4) being less than 1 µm, and the roller bearing cage also having at least one surface section (2) which, when the cage (1 ) and with insufficient lubrication at least partially contacts a counter-surface (3) and is in sliding contact with it, the surface section (2) having two first areas (A1) which are provided with the coating (4) made of oleophobic and/or lipophobic material, and which enclose a second area (A2) which is free of such a coating (4), the two first areas (A1) converging over a predetermined extent to such an extent that they form a constriction (5) of the second area (A2) form, so that the enclosed second area (A2) partially forms a capillary for oil or fat and wherein the coating (4) consists of perfluoroalkoxy polymer (PFA).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit mindestens einem Flächenabschnitt, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Käfigs zumindest abschnittsweise eine Gegenfläche kontaktiert und mit dieser im Gleitkontakt ist.The invention relates to a roller bearing cage with at least one surface section which, when the cage is used as intended, at least partially contacts a counter surface and is in sliding contact with it.

Bei Wälzlagerkäfigen kann es im Kontaktbereich zwischen dem Käfig und den Bauteilen, namentlich den Wälzkörpern und den Lagerringen, zu einer Mangelschmierung kommen, wenn kein oder zu wenig Schmierstoff für den Kontaktbereich zur Verfügung steht. Problematisch kann insbesondere sein, dass Schmierstoff aufgrund der Zentrifugalkräfte im Lager während des Betriebs weggeschleudert wird, z. B. in den Bereich der Dichtung, und somit der Schmierstoff dann nicht mehr für die Schmierung des oben genannten Gleitkontakts zur Verfügung steht.In rolling bearing cages, insufficient lubrication can occur in the contact area between the cage and the components, namely the rolling elements and the bearing rings, if there is no or too little lubricant available for the contact area. A particular problem can be that the lubricant is thrown away due to the centrifugal forces in the bearing during operation, e.g. B. in the area of the seal, and thus the lubricant is then no longer available for the lubrication of the above-mentioned sliding contact.

Bekannt ist es, Käfige mit diversen Taschen bzw. Ausnehmungen zwecks Aufnahme von Schmierstoff auszustatten, d. h. mit einem Schmierstoffreservoir. Diese Maßnahmen sind aber nicht in allen Fällen hinreichend wirksam. It is known to equip cages with various pockets or recesses for the purpose of receiving lubricant, i. H. with a lubricant reservoir. However, these measures are not sufficiently effective in all cases.

Weiterhin ist aus der DE 10 2011 088 232 A1 bekannt, den Käfig in bestimmten Bereichen mit einer Beschichtung aus PTFE, Silan oder anderen Silikonnanofilamenten zu versehen, die eine oleophobe und/oder lipophobe Wirkung haben, so dass sich Schmiermittel nicht in diesen Bereichen sammeln kann. Bei Mangelschmierbedingungen, also bei Schmiersituationen, bei denen von vorneherein nur sehr wenig Schmiermittel zur Verfügung steht, kann eine solche Beschichtung jedoch dazu führen, dass der Lagerkäfig in diesen Bereichen ungeschützt einer Korrosion ausgesetzt ist.Furthermore, from the DE 10 2011 088 232 A1 known to provide the cage in certain areas with a coating of PTFE, silane or other silicone nanofilaments that have an oleophobic and / or lipophobic effect, so that lubricant can not collect in these areas. Under conditions of insufficient lubrication, that is to say in lubrication situations in which only very little lubricant is available from the outset, such a coating can, however, result in the bearing cage being exposed to corrosion in these areas without protection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es möglich ist, die Schmierung auch beim Einsatz von wenig Schmiermittel zu verbessern. Gleichzeitig soll die Korrosionsbeständigkeit verbessert werden.The invention is based on the object of further developing a cage of the type mentioned at the outset in such a way that it is possible to improve the lubrication even when using little lubricant. At the same time, the corrosion resistance should be improved.

Die Lös u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Wälzlagerkäfig bereitgestellt wird, der mit einer Korrosionsschutzbeschichtung aus oleophobem und/oder lipophobem Material versehen ist, wobei die Dicke der Beschichtung weniger als 1 µm beträgt. Weiterhin weist der Wälzlagerkäfig mindestens einen Flächenabschnitt auf, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Käfigs und unter Mangelschmierung zumindest abschnittsweise eine Gegenfläche kontaktiert und mit dieser im Gleitkontakt ist.The solution of this object by the invention is characterized in that a roller bearing cage is provided which is provided with an anti-corrosion coating made of oleophobic and/or lipophobic material, the thickness of the coating being less than 1 μm. Furthermore, the roller bearing cage has at least one surface section which, when the cage is used as intended and under insufficient lubrication, at least partially contacts a counter surface and is in sliding contact with it.

Dabei weist der Flächenabschnitt zwei erste Bereiche auf, die mit der Beschichtung aus oleophobem und/oder lipophobem Material versehen sind, und die einen zweiten Bereich einschließen, der frei von einer solchen Beschichtung ist. Die beiden ersten Bereiche laufen über eine vorgegebenen Erstreckung so weit zusammen, dass sie eine Engstelle des zweiten Bereichs bilden, so dass der eingeschlossene zweite Bereich abschnittsweise eine Kapillare für Öl oder Fett bildet.In this case, the surface section has two first areas which are provided with the coating of oleophobic and/or lipophobic material and which enclose a second area which is free of such a coating. The two first areas converge over a predetermined extent to such an extent that they form a constriction of the second area, so that sections of the enclosed second area form a capillary for oil or fat.

Die Beschichtung selbst besteht dabei aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA).The coating itself consists of perfluoroalkoxy polymer (PFA).

Die Beschichtung aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) kann durch Eintauchen in das Beschichtungsmaterial aufgebracht sein. Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass die Beschichtung aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) durch Aufsprühen des Beschichtungsmaterials aufgebracht ist.The perfluoroalkoxy polymer (PFA) coating may be applied by immersion in the coating material. Another possibility provides that the coating made of perfluoroalkoxy polymer (PFA) is applied by spraying on the coating material.

Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) hat eine relativ geringe Oberflächenenergie und einen sehr großen Kontaktwinkel bei der Benetzung mit einer Flüssigkeit, so dass die hier angestrebte bzw. genutzte oleophobe bzw. lipophobe Eigenschaft für einen Wälzlagerkäfig genutzt werden kann, und gleichzeitig exzellente Korrosionsschutzeigenschaften, so dass ein effizienter Korrosionsschutzeffekt erreicht wird.Perfluoroalkoxy polymer (PFA) has a relatively low surface energy and a very large contact angle when wetted with a liquid, so that the oleophobic or lipophobic property sought or used here can be used for a roller bearing cage, and at the same time excellent corrosion protection properties, so that an efficient anti-corrosion effect is achieved.

Durch die gezielt aufgebrachte oleophobe bzw. lipophobe Beschichtung aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) auf den Käfig kann die Schmierstoffzufuhr, sowohl im Falle von Fett als auch im Falle von Öl, gezielt gesteuert werden. Der Schmierstoff kann nur noch an den Stellen des Käfigs haften, die nicht mit dem besagten Material beschichtet sind. Die Bereiche mit der oleophoben bzw. lipophoben Beschichtung mit Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) weisen indes den Schmierstoff ab.The oleophobic or lipophobic coating made of perfluoroalkoxy polymer (PFA) applied specifically to the cage allows the supply of lubricant, both in the case of grease and in the case of oil, to be controlled in a targeted manner. The lubricant can only stick to the parts of the cage that are not coated with the said material. However, the areas with the oleophobic or lipophobic coating with perfluoroalkoxy polymer (PFA) repel the lubricant.

So kann man den Schmierstoff gezielt dort hin leiten, wo er zur Schmierung in erster Linie benötigt wird, d. h. bevorzugt in den Käfigtaschen, damit die Wälzkörper den Schmierstoff in den Schmierspalt eintragen; Entsprechendes gilt für den Kontaktbereich - sofern gegeben - mit den Lagerringen.In this way, the lubricant can be directed to where it is primarily needed for lubrication, i. H. preferably in the cage pockets so that the rolling elements carry the lubricant into the lubricating gap; The same applies to the contact area - if there is one - with the bearing rings.

Darüber hinaus wird durch die geometrische Ausgestaltung der Beschichtung gezielt eine Kapillarwirkung für den Schmierstoff erzielt.In addition, the geometric design of the coating achieves a targeted capillary effect for the lubricant.

Vorteilhafter Weise ergeben sich so eine verlängerte Schmiermittelgebrauchsdauer, längere Wartungsintervalle, weniger benötigtes Schmiermittel und verlängerte Nachschmierintervalle. Weiterhin ist ein Lagerausfall aufgrund einer Mangelschmierung weniger wahrscheinlich.This advantageously results in a longer lubricant service life, longer maintenance intervals, less lubricant required and longer relubrication intervals. Furthermore, bearing failure due to insufficient lubrication is less likely.

Der Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung sind alle Wälzlager, die einen Käfig einsetzen.The field of application of the present invention are all rolling bearings that use a cage.

Durch die Beschichtung mit einer Dicke von weniger als 1 µm kann weiterhin ein effizienter Korrosionsschutzeffekt erreicht werden. Insbesondere metallisches Material ist somit gut vor Korrosion geschützt. Bislang ist es üblich, zwecks Korrosionsschutzes spezielle Schichten aufzubringen, beispielsweise aus Chrom, oder durch Auftrag eines Konservierungsmittels, was einen entsprechenden Aufwand darstellt. Dies hat allerdings auch gewisse Nachteile. Konservierungsmittel können teilweise nicht einsetzbar sein, weil sie in negativer Wechselwirkung mit dem Schmiermittel stehen. Schmiermittelverträgliche Konservierungsmittel haben zumeist nur eine geringe Wirkungszeit. Indes sind klassische Beschichtungen, beispielweise durch galvanisch aufgebrachtes Chrom, meist zu dick, was sich auch nachteilig auswirkt. Demgemäß kann vorgesehen werden, ein vor Korrosion zu schützendes Bauteil, insbesondere ein Wälzlagerbauteil, mit der genannten dünnen Schicht zu versehen.By coating with a thickness of less than 1 µm, an efficient anti-corrosion effect can still be achieved. Metallic material in particular is thus well protected against corrosion. To date, it has been customary to apply special layers, for example made of chrome, for the purpose of corrosion protection, or to apply a preservative, which involves a corresponding amount of effort. However, this also has certain disadvantages. In some cases, preservatives cannot be used because they have a negative interaction with the lubricant. Preservatives that are compatible with lubricants usually only have a short period of action. However, classic coatings, such as galvanically applied chrome, are usually too thick, which also has a disadvantageous effect. Accordingly, provision can be made for a component to be protected against corrosion, in particular a rolling bearing component, to be provided with the said thin layer.

Der Aufbringprozess der erfindungsgemäßen Beschichtung aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) kann in einfacher Weise durch Eintauchen in Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) erfolgen (gegebenenfalls nach Abdeckung der Bereiche, die nicht beschichtet werden sollen). Das Material kann auch auf die gewünschten Bereiche aufgesprüht werden.The process of applying the coating made of perfluoroalkoxy polymer (PFA) according to the invention can be carried out in a simple manner by immersion in perfluoroalkoxy polymer (PFA) (possibly after covering the areas that are not to be coated). The material can also be sprayed onto the desired areas.

Während die beschriebene Anordnung von mindestens zwei benachbarten Bereichen mit bzw. ohne Beschichtung besonders bei Wälzlagerkäfigen vorteilhaft ist, kann generell eine solche Ausgestaltung auch an anderen zu schmierenden Bauteilen bzw. Oberflächen vorgesehen werden, die mit einem Schmiermittel versorgt werden, um den beschriebenen Leiteffekt für das Schmiermittel zu erzeugen.While the described arrangement of at least two adjacent areas with or without coating is particularly advantageous for roller bearing cages, such a configuration can generally also be provided on other components or surfaces to be lubricated, which are supplied with a lubricant in order to achieve the described guiding effect for the to produce lubricant.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

  • 1 in perspektivischer Darstellung den Käfig eines Kegelrollenlagers,
  • 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Oberfläche des Käfigs, nämlich auf den Bereich „X“ nach 1, die eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt, und
  • 3 eine Draufsicht auf einen Teil der Oberfläche des Käfigs, nämlich auf den Bereich „X“ nach 1, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:
  • 1 perspective view of the cage of a tapered roller bearing,
  • 2 a top view of part of the surface of the cage, namely the area "X" after 1 , which shows an embodiment not according to the invention, and
  • 3 a top view of part of the surface of the cage, namely the area "X" after 1 , according to an embodiment of the invention.

In 1 ist ein Wälzlagerkäfig 1 zu sehen, nämlich der Käfig für ein Kegelrollenlager. Natürlich ist die vorliegende Erfindung für alle Arten von Wälzlager-Käfigen einsetzbar. Der Käfig 1 weist Aufnahmetaschen 6 für Wälzkörper 7 auf; in 1 ist ein Wälzkörper 7 in Form einer Kegelrolle außerhalb des Käfigs 1, also im noch nicht montierten Zustand, skizziert.In 1 a roller bearing cage 1 can be seen, namely the cage for a tapered roller bearing. Of course, the present invention can be used for all types of roller bearing cages. The cage 1 has receiving pockets 6 for rolling elements 7; in 1 is a rolling body 7 in the form of a tapered roller outside of the cage 1, ie in the not yet assembled state, outlined.

Der Wälzlagerkäfig 1 hat eine Anzahl Flächenabschnitte 2, die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Käfigs 1 jedenfalls abschnittsweise eine Gegenfläche 3 kontaktieren und mit dieser im Gleitkontakt sind. Vorliegend ist die Gegenfläche 3 eine Oberfläche der Kegelrolle 7, die - wenn sie in ihre entsprechende Aufnahmetasche 6 eingesetzt ist - im Gleitkontakt mit einem Oberflächenbereich des Käfigs 1 steht.The roller bearing cage 1 has a number of surface sections 2 which, when the cage 1 is used as intended, contact a mating surface 3 at least in sections and are in sliding contact with it. Here the mating surface 3 is a surface of the tapered roller 7 which - when inserted in its corresponding receiving pocket 6 - is in sliding contact with a surface area of the cage 1.

Für solch einen Flächenabschnitt 2 ist in den 2 und 3 je eine exemplarische Ausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung skizziert.For such a surface section 2 is in the 2 and 3 each outlines an exemplary embodiment according to the present invention.

In 2 (nicht erfindungsgemäß) und 3 ist zu sehen, dass der Flächenabschnitt 2 (und zwar der mit „X“ markierte Bereich in 1, der in den 2 und 3 vergrößert dargestellt ist) zwei erste Bereiche A1 aufweist, die mit einer Beschichtung 4 aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) versehen sind. Weiterhin ist ein zweiter Bereich A2 vorgesehen, der an die beiden ersten Bereiche A1 angrenzt und der frei von einer solchen Beschichtung 4 ist.In 2 (not according to the invention) and 3 it can be seen that the surface section 2 (namely the area marked with "X" in 1 , who in the 2 and 3 shown enlarged) has two first regions A1, which are provided with a coating 4 made of perfluoroalkoxy polymer (PFA). Furthermore, a second area A2 is provided, which adjoins the two first areas A1 and is free of such a coating 4 .

PFA (Perfluoralkoxy-Polymer) hat eine öl- bzw. fettabweisende Eigenschaft. Das Material ist als solches im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass es hier nicht näher beschrieben werden muss.PFA (perfluoroalkoxy polymer) has oil and grease repellent properties. The material is well known as such in the prior art so that it does not need to be described in more detail here.

Der damit erzielte Effekt ist, dass das vorhandene, gegebenenfalls auch nur wenige, Schmierfett bzw. -öl gezielt in den zweiten Bereich A2 geleitet wird, sich hier kumuliert und zur effizienten Schmierung des Gleitkontakts zur Verfügung steht.The effect achieved in this way is that the lubricating grease or oil that is present, possibly only a small amount, is directed in a targeted manner into the second area A2, accumulates here and is available for efficient lubrication of the sliding contact.

Dieses Vorgehen ist erfindungsgemäß - wie es 3 illustriert -dahingehend weiterentwickelt, dass eine Engstelle 5 zwischen den beiden ersten Bereichen A1 erzeugt wird, d. h. dass sich der zweite Bereich so verschmälert, dass sich eine Kapillarwirkung für den Schmierstoff ergibt, die die Schmierwirkung verbessert.This approach is inventive - like it 3 illustrated - further developed to the effect that a constriction 5 is produced between the two first areas A1, ie the second area narrows in such a way that there is a capillary effect for the lubricant, which improves the lubricating effect.

Die Beschichtung 4 hat auch einen guten korrosionsschützenden Effekt. Hierfür kann die Beschichtung sehr dünn sein, insbesondere weniger als 1 µmThe coating 4 also has a good anti-corrosion effect. For this purpose, the coating can be very thin, in particular less than 1 μm

BezugszeichenlisteReference List

11
Wälzlagerkäfigroller bearing cage
22
Flächenabschnittarea section
33
Gegenflächecounter surface
44
Beschichtungcoating
55
Engstellebottleneck
66
Aufnahmetaschereceiving bag
77
Wälzkörper rolling elements
A1A1
erster Bereichfirst area
A2A2
zweiter Bereichsecond area

Claims (1)

Wälzlagerkäfig (1) mit einer Korrosionsschutzbeschichtung aus oleophobem und/oder lipophobem Material, wobei die Dicke der Beschichtung (4) weniger als 1 µm beträgt, und wobei weiterhin der Wälzlagerkäfig mindestens einen Flächenabschnitt (2) aufweist, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Käfigs (1) und unter Mangelschmierung zumindest abschnittsweise eine Gegenfläche (3) kontaktiert und mit dieser im Gleitkontakt ist, wobei der Flächenabschnitt (2) zwei erste Bereiche (A1) aufweist, die mit der Beschichtung (4) aus oleophobem und/oder lipophobem Material versehen sind, und die einen zweiten Bereich (A2) einschließen, der frei von einer solchen Beschichtung (4) ist, wobei die beiden ersten Bereiche (A1) über eine vorgegebene Erstreckung so weit zusammenlaufen, dass sie eine Engstelle (5) des zweiten Bereichs (A2) bilden, so dass der eingeschlossene zweite Bereich (A2) abschnittsweise eine Kapillare für Öl oder Fett bildet und wobei die Beschichtung (4) aus Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) besteht.Roller bearing cage (1) with an anti-corrosion coating made of oleophobic and/or lipophobic material, the thickness of the coating (4) being less than 1 µm, and the roller bearing cage also having at least one surface section (2) which, when the cage (1 ) and with insufficient lubrication at least partially contacts a counter-surface (3) and is in sliding contact with it, the surface section (2) having two first areas (A1) which are provided with the coating (4) made of oleophobic and/or lipophobic material, and which enclose a second area (A2) which is free of such a coating (4), the two first areas (A1) converging over a predetermined extent to such an extent that they form a constriction (5) of the second area (A2) form, so that the enclosed second area (A2) partially forms a capillary for oil or fat and wherein the coating (4) consists of perfluoroalkoxy polymer (PFA).
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