DE112008000540T5

DE112008000540T5 - Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager und Wälzlager für hohe Geschwindigkeit

Info

Publication number: DE112008000540T5
Application number: DE112008000540T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kuwana Kawamura; Hidenobu Kuwana Mikami; Kenji Kuwana Tamada
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: KR101553192B1; KR20090123919A; KR20150001850A; DE112008000540B4; TWI524014B; KR101513743B1; TW200905096A

Abstract

Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager, das ein Harnstoff-Schmierfett, das eine Verbindung auf Harnstoffbasis als Verdicker desselben enthält, und ein Nichtharnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, das mit dem Harnstoff-Schmierfett vermischt ist, umfasst, wobei die Verbindung auf Harnstoffbasis durch eine Reaktion zwischen einer Polyisocyanatkomponente und einer Monoaminkomponente erhalten wird, wobei die Monoaminkomponente mindestens ein Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, mit einem Anteil von nicht weniger als 50 Mol-% an der Gesamtmenge des Monoamins enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager für ein Wälzlager zur Abstützung einer mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Welle, wie der Hauptwelle (Spindel) einer Werkzeugmaschine, sowie ein Wälzlager für hohe Geschwindigkeit, in das das Schmierfett eingebracht ist.
Technischer Hintergrund
Zur Erhöhung der Bearbeitungseffizienz ist es günstig, wenn die Hauptwelle einer Werkzeugmaschine mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Verschiedene Schmiertechniken werden für ein Lager für die Hauptwelle verwendet. Als Schmierverfahren, die für die mit hoher Geschwindigkeit rotierende Hauptwelle geeignet sind, sind ein Ölnebelschmierverfahren, ein Luft-Öl-Schmierverfahren, ein Sprühschmierverfahren und dgl. bekannt.
Jedoch erfordern diese Schmierverfahren Einrichtungen zur Zufuhr von Druckluft, einem Schmieröl und dgl., was eine der Ursachen einer Zunahme der Anfangskosten und laufenden Kosten der Werkzeugmaschine ist. Andererseits verringert ein Schmierverfahren durch ein Schmierfett den Wartungsbedarf und es kann daher als bevorzugtes Schmierverfahren bezeichnet werden. Beispielsweise werden als Wälzlager für hohe Geschwindigkeit zur Abstützung einer rotierenden Welle, die mit 2000 bis 8000 Umin^–1 oder mit mehr als 8000 Umin^–1 rotiert, ein Schrägkugellager und ein Zylinderrol lenlager zur Abstützung der Hauptwelle (Spindel) der Werkzeugmaschine aufgelistet.
Wie in 14 gezeigt ist, kann zusätzlich zu einer radialen Last eine axiale Last in einer Richtung auf ein Schrägkugellager 51 ausgeübt werden. Eine Gerade, die einen Kontaktpunkt zwischen einer Stahlkugel 54 und einem Innenring 52 und einen Kontaktpunkt zwischen der Stahlkugel 54 und einem Außenring 53 miteinander verbindet, weist einen Winkel (Kontaktwinkel) α zur radialen Richtung auf. Schmierfett ist in einen Lagerzwischenraum, der durch den Innenring 52, den Außenring 53 und die Stahlkugel 54 gebildet ist, eingebracht.
Als Schmierstoff, der für das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit, beispielsweise ein Schrägkugellager und ein Zylinderrollenlager, verwendet wird, wird vorzugsweise ein schmierendes Schmierfett verwendet, das eine Wartung, beispielsweise eine Ölzufuhr, unnötig macht und im Hinblick auf dessen Konsistenz derart eingestellt ist, dass die Umwelt nicht verschmutzt wird.
Schmiereigenschaften, die für ein Schmierfett zur Verwendung in dem Wälzlager für hohe Geschwindigkeit, wie dem Wälzlager für die Spindel, erforderlich sind, und Probleme mit dem Schmierfett sind im folgenden zusammenfassend angegeben.

(a) Um die Schmierungslebensdauer des so gebauten Wälzlagers derart zu verlängern, dass dieses eine möglichst lange Lebensdauer aufweist, wie im folgenden in (i) bis (iii) beschrieben ist, ist es notwendig, dass der Schmierstoff (Schmierfett oder dessen Grundöl) aus dem Wälzlager wenig austritt, dass das Schmierfett hervorragende Wärmebeständigkeit aufweist und dass es möglich ist, einen Ölfilm mit einer zur Schmierung notwendigen Dicke auszubilden.
(i) Wenn das Wälzlager mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, fließt das in dem Wälzlager eingebrachte bzw. enthaltene Schmierfett auf Grund der Zentrifugalkraft aus dem Lager heraus oder es erfolgt eine Trennung des Grundöls von dem Schmierfett und das Grundöl fließt heraus, und es ist schwierig, das Schmierfett in der Umgebung einer Rolloberfläche, die zur Schmierung stark beiträgt, zu halten. Daher kann es zum Auftreten einer fehlerhaften Schmierung kommen. Um das Auftreten dieser Situation zu verhindern, wird die Maßnahme des Anbringens eines Dichtelements, wie einer Abdeckplatte, an dem Wälzlager ergriffen. Es gibt jedoch den Fall, dass das Dichtelement in Abhängigkeit vom Aufbau des Wälzlagers nicht an diesem angebracht werden kann. Selbst wenn das Dichtelement daran angebracht wird, gibt es den Fall, dass ein Schmierstoff oder Schmieröl nicht vollständig eingeschlossen werden kann.

Für den Fall, dass das Wälzlager nicht mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, ist es denkbar, dass überschüssiges Schmierfett, das durch die Bewegung des Wälzkörpers und des Käfigs aus einem Reibungsbereich herausgezwungen wurde, in Abhängigkeit von den Rotationsbedingungen in einem gewissen Maße im Inneren des Lagers zirkuliert und erneut zur Schmierung beiträgt. Für den Fall jedoch, dass das Wälzlager zur Abstützung einer rotierenden Welle einer Werkzeugmaschine mit hoher Geschwindigkeit rotiert, verhindert ein im Inneren des Lagers erzeugter Winddruck die Zirkulation. Daher ist es schwierig, einen Wälzbereich mit dem Schmierfett zu versorgen, und daher ist es wahrscheinlich, dass eine fehlerhafte Schmierung erfolgt. Daher trägt bei dem mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Wälz lager nur eine geringe Menge des Schmierfetts zur Schmierung bei. Daher ist die Eigenschaft des Schmierfetts von besonderer Bedeutung. Es ist notwendig, die Schmiereigenschaften des Schmierfetts zur Verwendung in dem Wälzlager für hohe Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, auch wenn eine kleine Menge im Inneren des Wälzlagers vorhanden ist.

(ii) Wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, erzeugt die Rolloberfläche des Lagers lokal Wärme und sie weist eine hohe Temperatur auf. In diesem Fall erfolgt eine thermische Beeinträchtigung eines Schmierfetts mit einer niedrigen Wärmebeständigkeit und das Schmierfett weist eine sehr kurze Gebrauchsdauer auf. Um dieses Problem zu überwinden, wurden Versuche unter Verwendung eines Verdickers und eines Grundöls mit hoher Wärmebeständigkeit und Zugabe eines Antioxidationsmittels zu dem Schmierfett unternommen. Diese Versuche verbesserten die Haltbarkeit jedoch nicht ausreichend.
(iii) Wenn die Viskosität des Grundöls hoch eingestellt wird, weist ein herkömmliches Schmierfett mit verbessertem Schmiervermögen (Dicke des Ölfilms) einen erhöhten Scherreibungswiderstand auf, und das Drehmoment und der Wärmewert nehmen zu. Um diese Vorkommnisse zu unterdrücken, wird die Viskosität des Grundöls niedrig eingestellt. Infolgedessen wird der Ölfilms des Schmieröls, dessen Viskosität auf Grund des durch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb verursachten Temperaturanstiegs niedrig geworden ist, dünn. Infolgedessen gibt es den Fall, dass ein Gleitverschleiß erzeugt wird.
(b) Im Hinblick auf die Drehmomentverringerungseigenschaft (Eigenschaft der Unterdrückung eines Temperaturanstiegs) wird die Viskosität des Grundöls eines herkömmlichen Schmierfetts für das Hochgeschwindigkeitslager niedrig eingestellt, wie oben beschrieben ist, und sie ergibt das Problem, dass, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, die Viskosität des Grundöls ausnehmend fällt, was es unmöglich macht, einen Ölfilm mit einer zur Schmierung notwendigen Dicke zu bilden.
(c) Im Hinblick auf ein Schmierfett mit Vibrationsverminderungseigenschaft gibt es den Fall, dass in Abhängigkeit von der Art eines Verdickers die Vibration des Lagers verstärkt wird. Das heißt, ein Schmierfett, das einen Verdicker enthält, der große und harte Agglomerate bildet, verursacht eine Zunahme der Vibration des dadurch geschmierten Wälzlagers.

Wie oben beschrieben ist, weist ein herkömmliches Schmierfett die Probleme auf, dass, wenn das herkömmliche Schmierfett für ein Wälzlager für hohe Geschwindigkeit verwendet wird, es nicht geeignet ist, dem Lager notwendige Eigenschaften, wie eine lange Lebensdauer, ein niedriges Drehmoment und geringe Vibration, zu verleihen. Obwohl ein Schmierfett, das die Harnstoffverbindung enthält, als Maßnahme vorgeschlagen wird (siehe Patentdokumente 1 bis 3), ist die Verbrauchsmenge an Öl groß. Daher ist das vorgeschlagene Schmierfett unzureichend für einen Betrieb des Lagers mit hoher Geschwindigkeit.
Beispielsweise wird in dem Patentdokument 3 eine Schmierfettzusammensetzung offenbart, die eine Walkpenetration von nicht weniger als 220 noch mehr als 320 aufweist, die ein Grundöl mit einer kinematischen Viskosität von nicht weniger als 15 mm²/s noch mehr als 40 mm²/s bei 40°C und eine Verbindung auf Diharnstoffbasis als Verdicker derselben mit nicht weniger als 9 Masse-% noch mehr als 14 Masse-% gegenüber der Gesamtmenge der Schmierfettzusammen setzung enthält.
Jedoch ist es auch bei der oben beschriebenen Schmierfettzusammensetzung schwierig, die Mischungsmenge des Verdickers zu verringern und die Einbringungsmenge des Schmierfetts zu verringern. Daher ist die Schmierfettzusammensetzung einer Rotation hoher Geschwindigkeit des Lagers nicht gewachsen und sie zeigt Schwierigkeiten im Hinblick auf die Herstellung einer kompakten Werkzeugmaschine und eine Verringerung der Betriebskosten.
In den letzten Jahren wurden die Bedingungen, unter denen ein Wälzlager verwendet wird, immer strenger. Beobachtet wird eine Zunahme der Zahl der Wälzlager für eine Spindel, die unter Rotieren derselben mit einer Höhe des dmN-Werts von nicht weniger als 1700000 verwendet werden, wobei der dmN-Wert das Produkt des Teilkreisdurchmessers dm (mm) und der Umdrehungen pro Minute N (Umin^–1) ist. Da die Rotationsgeschwindigkeit des Lagers hoch wurde, ist es schwierig, dass ein herkömmliches Schmierfett alle für das Lager erforderlichen Eigenschaften erfüllt.

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-169872
Patentdokument 2: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-83341
Patentdokument 3: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-29473

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die im vorhergehenden beschriebene Situation gemacht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schmierfetts für ein Hochgeschwindigkeitslager, das einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit der Höhe eines dmN-Werts von nicht weniger als 1700000 in ausreichendem Maße gewachsen ist, wobei der dmN-Wert das Produkt des Teilkreisdurchmessers dm (mm) und der Umdrehungen pro Minute N (Umin^–1) ist, auch wenn eine kleine Menge des Schmierfetts in das Lager eingebracht ist, und wodurch eine Werkzeugmaschine kompakt hergestellt werden kann und die Betriebskosten gesenkt werden können; sowie eines Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit, in das das Schmierfett für das Hochgeschwindigkeitslager eingebracht ist.
Mittel zur Lösung der Probleme
Das Schmierfett der vorliegenden Erfindung für ein Hochgeschwindigkeitslager umfasst ein Harnstoff-Schmierfett, das eine Verbindung auf Harnstoffbasis als Verdicker desselben enthält, und ein Nichtharnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, das mit dem Harnstoff-Schmierfett vermischt ist. Die Verbindung auf Harnstoffbasis wird durch eine Reaktion zwischen einer Polyisocyanatkomponente und einer Monoaminkomponente erhalten. Die Monoaminkomponente enthält mindestens ein Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, mit einem Anteil von nicht weniger als 50 Mol-% an der Gesamtmenge des Monoamins.
Der Verdicker des Nichtharnstoff-Schmierfetts ist vorzugsweise eine Metallseife oder Natriumterephthalamat, und der Mischungsanteil des Verdickers an der Gesamtmenge des Nichtharnstoff-Schmierfetts beträgt vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-%.
Die Metallseife ist vorzugsweise eine Amidmetallseife oder eine Mischamidmetallseife mit einer Amidbindung in den Molekülen derselben. Bevorzugte Metalle für die Amidmetallseife oder bevorzugte Metalle für die Mischamidmetallseife sind Natrium, Calcium, Aluminium, Zink oder Barium.
Das Grundöl des Harnstoff-Schmierfetts und das des Nichtharnstoff-Schmierfetts weisen vorzugsweise eine kinematische Viskosität von 15 bis 40 mm²/s auf. Das Grundöl des Harnstoff-Schmierfetts ist vorzugsweise mindestens ein Öl, das aus einem synthetischen Kohlenwasserstofföl, Esteröl und Alkyldiphenyletheröl ausgewählt ist.
Das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung stützt eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Welle ab. Das Wälzlager weist einen Innenring, einen Außenring, mehrere, zwischen den Innenring und den Außenring eingefügte Wälzkörper, einen Käfig, der die Wälzkörper hält, und ein Dichtelement, das die Öffnung eines zwischen dem Innenring und dem Außenring befindlichen Zwischenraums abdeckt, auf. Schmierfett ist auf Umfangsbereichen der Wälzkörper eingebracht. Das Schmierfett ist das Schmierfett für das Hochgeschwindigkeitslager der vorliegenden Erfindung.
Vorzugsweise wird eine Eintiefungsbearbeitung auf mindestens einer Oberfläche, die aus einer Rolloberfläche des Innenrings, einer Rolloberfläche des Außenrings und einer Oberfläche der Wälzkörper ausgewählt ist, durchgeführt.
Die Eintiefungsbearbeitung wird vorzugsweise durch Kugelstrahlen durchgeführt. Die Tiefen von auf den einzelnen Oberflächen gebildeten Eintiefungen betragen vorzugsweise 0,1 bis 10 μm ausgehend von den Oberflächen.
Vorzugsweise ist ein Film auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Außenoberfläche des Innenrings, der Innenoberfläche des Außenrings und der Oberfläche der einzelnen Wälzkörper ausgewählt ist, ausgebildet.
Der Film wird vorzugsweise durch eine Metallplattierungsbehandlung oder eine Phosphorsäurefilmbehandlung gebildet.
Vorzugsweise hält der Käfig den Wälzkörper in einem Taschenbereich; ein konkaver Bereich ist vorzugsweise an der Innenoberfläche des Taschenbereichs ausgebildet; und mindestens ein Rand des konkaven Bereichs ist vorzugsweise abgeschrägt.
Der konkave Bereich ist vorzugsweise ein Ölbevorratungsbereich oder ein Entspannungsbereich.
Der Käfig besteht vorzugsweise aus einem Harz.
Das bevorzugte, für den Käfig verwendete Harz ist ein Polyamidharz (im folgenden als PA bezeichnet), ein Phenolharz oder ein Polyetheretherketonharz (im folgenden als PEEK bezeichnet).
Vorzugsweise ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film auf mindestens einem Bereich der Innenoberfläche des Lagers, der mit dem Schmierfett in Kontakt steht, ausgebildet.
Der wasserabweisende und ölabweisende Film ist vorzugsweise auf (1) einem Teil der Oberfläche eines Dichtelements auf der Innenseite des Lagers und/oder (2) der Innenoberfläche des Außenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche desselben und der Oberfläche des Dichtelements auf der Innenseite des Lagers, (3) der Außenoberfläche eines Innenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche derselben und der Oberfläche des Dichtelements auf der Innenseite des Lagers, und/oder (4) der Oberfläche des Käfigs mit Ausnahme der Kontaktoberfläche desselben, die mit den Wälzkörpern in Kontakt kommt, ausgebildet.
Der wasserabweisende und ölabweisende Film wird vorzugsweise unter Verwendung einer Verbindung auf Siliciumbasis oder einer Verbindung auf Fluorbasis gebildet.
Die Verbindung auf Siliciumbasis ist vorzugsweise ein Siloxan und die Fluorverbindung ist vorzugsweise ein Fluoralkylsilan.
Vorzugsweise stützt das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit die Hauptwelle einer Werkzeugmaschine ab.
Das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit ist vorzugsweise ein Schrägkugellager oder ein Zylinderrollenlager.
Wirkung der Erfindung
Das Schmierfett für das Hochgeschwindigkeitslager umfasst ein Harnstoff-Schmierfett, das die vorgegebene Verbindung auf Harnstoffbasis als Verdicker desselben enthält, und ein Nichtharnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, die mit dem Harnstoff-Schmierfett vermischt ist. Daher wird, auch wenn eine kleine Menge des Schmierfetts in das Lager eingebracht ist, die Belastungsbeständigkeit des Wälzlagers, in das das Schmierfett eingebracht ist, aufrechterhalten und Öl kann der Laufbahnoberfläche vorzugsweise zugeführt werden, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert.
Die Monoaminkomponente zur Bildung der Verbindung auf Harnstoffbasis enthält mindestens ein Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, mit einem Anteil von nicht weniger als 50 Mol-% an der Gesamtmenge der Monoamine. Daher wird der Verdicker nicht durch Scherkräfte leicht zerstört, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und auf Grund eines Kapillarphänomens von Fasern des Verdickers kann das Öl des Schmierfetts der Rolloberfläche stabil zugeführt werden.
Das in das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit eingebrachte Schmierfett gemäß der vorliegenden Erfindung fließt unter den Bedingungen, dass eine hohe Zentrifugalkraft darauf ausgeübt wird, nicht aus dem Lager heraus und das Öl wird den vorgegebenen Bereichen des Lagers in einer zur Schmierung derselben notwendigen Menge über einen langen Zeitraum stabil zugeführt, wobei ein Ölfilm in einer zur Schmierung hierfür notwendigen gewünschten Dicke auf der Laufbahnoberfläche, die auf einem Wälzkörper oder dgl. mit hoher Geschwindigkeit gleitet, ausgebildet wird. Daher ist es möglich, die Haltbarkeitsdauer des Lagers, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, zu verbessern.
Da die Eintiefungen, die feine konkave Bereiche sind, auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Rolloberfläche des Innenrings des Lagers, der Rolloberfläche des Außenrings desselben und der Oberfläche der Wälzkörper desselben ausgewählt ist, ausgebildet sind, weisen die Kontaktoberfläche des Lagerrings und die des Wälzkörpers, der mit der Oberfläche des Lagerrings in Kontakt kommt, die verbesserte Eigenschaft der Ausbildung eines Ölfilms auf. Daher ist es möglich, die Wirkung einer Verlängerung der Schmierfettgebrauchsdauer unter den Bedingungen, dass eine minimale Ölmenge zugeführt wird, drastisch zu verbessern.
Der Film wird auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Außenoberfläche des Innenrings des Lagers, der Innenoberfläche des Außenrings desselben und der Oberfläche der Wälzkörper desselben ausgewählt ist, durch eine Metallplattierungsbehandlung oder Phosphosäurefilmbehandlung gebildet. Daher ist möglich, die Schmiereigenschaften der Kontaktoberflächen der Innen- und Außenringe und der der Wälzkörper, die mit den Oberflächen der Innen- und Außenringe in Kontakt kommen, unter den Bedingungen, dass eine minimale Ölmenge zugeführt wird, und die Wirkung einer Verlängerung der Schmierfettgebrauchsdauer unter den Bedingungen, dass eine minimale Ölmenge zugeführt wird, dramatisch zu verbessern. Ferner ist es auch in einer Situation, in der eine Zufuhr des Öls aus dem Schmierfett, das sich von dem Wälzbereich entfernt und an der Peripherie desselben abgelagert hat, schwierig ist, auf Grund der Wirkung der Bildung des Films möglich, die Diffusion des Grundöls zu ermöglichen. Dadurch ist es möglich, die Benetzbarkeit zur verstärken und die Gebrauchsdauer des Schmierfetts (Festfressen) zu verlängern.
Da der konkave Bereich auf der Innenoberfläche des Taschenbereichs des Käfigs gebildet wird, wird das durch den konkaven Bereich gehaltene Schmierfett dem Kontaktbereich des Wälzkörpers und dem der Innenoberfläche des Taschenbereichs, der mit dem Wälzkörper in Kontakt kommt, zugeführt, wenn das Lager betrieben wird. Dadurch ist es möglich, den Schmierungszustand der Kontaktbereiche günstig zu halten. Ferner wird, da der Rand des konkaven Bereichs abgeschrägt ist, das Schmierfett, das an der Oberfläche des Wälzkörpers haftet, am Rand kaum abgeschabt und es kann in notwendigen Bereichen des Taschenbereichs leicht abgefangen werden. Folglich ist es möglich, die Haltbarkeitsdauer des Lagers, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, dramatisch zu verbessern.
Der wasserabweisende und ölabweisende Film wird auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, der mit dem Schmierfett in Kontakt steht, ausgebildet. Wenn daher eine hohe Zentrifugalkraft auf das Lager ausgeübt wird, kann das Öl des Schmierfetts in Richtung der Rolloberfläche bewegt werden und es fließt nicht aus dem Lager heraus. Ferner wird eine zur Schmierung des Lagers notwendige Ölmenge stabil über einen langen Zeitraum zugeführt. Dadurch wird ein Ölfilm mit einer zur Schmierung notwendigen Dicke auf der Laufbahnoberfläche, die auf dem Wälzkörper oder dgl. mit hoher Geschwindigkeit gleitet, ausgebildet. Daher ist es möglich, die Haltbarkeitsdauer des Lagers, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, dramatisch zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichungen
1 ist eine Schnittdarstellung, die ein Schrägkugellager als eine Ausführungsform eines Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittdarstellung, die ein Schrägkugellager als weitere Ausführungsform des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine perspektivische Darstellung eines spanend bearbeiteten Käfigs zur Verwendung in dem Schrägkugellager.
4 ist eine vertikale Schnittdarstellung, die ein Tiefrillenkugellager als weitere Ausführungsform des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegende Erfindung zeigt.
5 ist eine perspektivische Darstellung eines Schnappkäfigs zur Verwendung in dem Tiefrillenkugellager.
6 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für eine Position, an der ein wasserabweisender und ölabweisender Film des Schrägkugellagers ausgebildet ist, als eine Ausführungsform eines Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die Position zeigt, an der der im vorhergehenden beschriebene wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist.
8 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die Position zeigt, an der der im vorhergehenden beschriebene wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist.
9 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die Position zeigt, an der der im vorhergehenden beschriebene wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist.
10 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für die Position, an der ein wasserabweisender und ölabweisender Film des Tiefrillenkugellagers ausgebildet ist, als eine den oben beschriebenen Ausführungsformen ähnliche Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die Position zeigt, an der der im vorhergehenden beschriebene wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist.
12 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die Position zeigt, an der der im vorhergehenden beschriebene wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist.
13 ist eine Schnittdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die Position zeigt, an der der im vorhergehenden beschriebene wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist.
14 ist eine Schnittdarstellung, die das Schrägkugellager zeigt.

1, 11, 31, und 51: Schrägkugellager
2, 12, 32, 52: Innenring
3, 13, 33, 53: Außenring
4, 14, 34, 54: Wälzkörper (Stahlkugel)
5, 15, 35, 55: Käfig
6, 16, 36: Dichtelement
7: Schmierfetttasche
15a: Innenoberfläche von Taschenbereich
15b: Entlastungsbereich
15c: Ölbevorratungsbereich
15d: Rand von konkavem Bereich
8, 17, 27, 37, 47: Schmierfett
21, 41: Tiefrillenkugellager
22, 42: Innenring
23, 43: Außenring
24, 44: Wälzkörper
25, 45: Käfig
25a: Innenoberfläche von Taschenbereich
25b: Ölbevorratungsbereich der Einschnittseite
25c: Ölbevorratungsbereich der Bodenflächenseite
25d: Rand des konkaven Bereichs
26, 46: Dichtelement
38a, 38b, 38c, 38d: wasserabweisender und ölabweisender Film
42a:: Rolloberfläche des Innenrings
43a: Rolloberfläche des Außenrings
48a, 48b, 48c, 48d: wasserabweisender und ölabweisender Film

Beste Art und Weise zur Durchführung der Erfindung
Das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen speziellen Aufbau beschränkt. Als Beispiel kann ein Schrägkugellager, das in 1 gezeigt ist, angegeben werden. 1 ist eine vertikale Schnittdarstellung eines fettgeschmierten Schrägkugellagers.
Wie in 1 gezeigt ist, ist bei einem Schrägkugellager 1 ein Lagerzwischenraum, in dem ein Wälzkörper 4 durch einen Käfig 5 zwischen einem Innenring 2 und einem Außenring 3 gehalten wird, mit einem Dichtelement 6, das an einer Verschlussrille befestigt ist, die an der inneren peripheren Oberfläche des Außenrings 3 ausgebildet ist, abgedichtet. Das Austreten von Schmierfett wird durch Einbringen von Schmierfett an mindestens der Peripherie des Wälzkörpers 4 und durch Ausbilden einer Schmierfetttasche der Form einer umlaufenden Rille 7 auf der Innenoberfläche des Außenrings 3 physisch verhindert. Eine Gerade, die einen Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper 4 und dem Innenring 2 und einen Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper 4 und dem Außenring 3 miteinander verbindet, weist den Kontaktwinkel β zur radialen Richtung auf.
Dadurch können eine radiale Last und eine axiale Last in einer Richtung auf das Schrägkugellager ausgeübt werden. Der Wälzkörper 4 kann aus Keramik, wie Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder dgl., bestehen. In der vorliegenden Erfindung ist ein Schmierfett 8 für ein Hochgeschwindigkeitslager, das ein Schmierfett gemäß der vorliegenden Erfindung ist und später beschrieben wird, in den durch den Innenring 2, den Außenring 3 und den Wälzkörper 4 gebildeten Lagerzwischenraum eingebracht.
Als weitere Ausführungsform des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung in 1 kann als Beispiel ein Schrägkugellager angegeben werden, wobei eine Eintiefungsbearbeitung auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Rolloberfläche des Innenrings, der Rolloberfläche des Außenrings und der Oberfläche der Wälzkörper ausgewählt ist, durchgeführt wird. Durch die Eintiefungsbearbeitung werden Eintiefungen, die feine konkave Bereiche sind, auf jeder Oberfläche ausgebildet.
Als die Eintiefungsbearbeitung können bekannte Verfahren verwendet werden, wenn sie sich zur Ausbildung der Eintiefungen auf der Rolloberfläche eines Lagerings (Innenring und Außenring), der aus Lagerstahl besteht, oder der Oberfläche der Wälzkörper, die aus dem Lagerstahl bestehen, eignen. Beispielsweise werden Kugelstrahlen, Trommelschleifen, Laserbestrahlung und Ätzen aufgelistet. Von diesen Verfahren wird im Hinblick auf die Kosten und die Bequemlichkeit vorzugsweise das Kugelstrahlen verwendet.
In der vorliegenden Erfindung wird zur Bildung der Eintiefungen auf der Rolloberfläche des Lagerrings und der Oberfläche der Wälzkörper durch Kugelstrahlen beispielsweise ein Schussmaterial mit einem Teilchendurchmesser von 30 bis 300 μm auf die Rolloberfläche des Lagerrings mit einem Druck von 0,01 bis 1 MPa über 1 bis 60 s als Strahl geschossen.
Es ist möglich, ein Schussmaterial zu verwenden, das die Ausbildung der Eintiefungen auf dem Lagerring, der aus dem Lagerstahl besteht, und dnm Wälzkörpern, die aus dem Lagerstahl bestehen, ermöglicht. Es ist möglich, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und Glasperlen aufzulisten. Von diesen Schussmaterialien wird vorzugsweise das Aluminiumoxid verwendet, da das Aluminiumoxid geringe Kosten und eine hervorragende Verarbeitbarkeit aufweist.
Die auf der Rolloberfläche des Lagerrings und der Oberfläche der Wälzkörper durch die Eintiefungsbearbeitung ausgebildeten Eintiefungen weisen günstigerweise eine Tiefe von 0,1 bis 10 μm und noch besser von 1 bis 5 μm ausgehend von der Rolloberfläche und der Oberfläche des Wälzkörpers auf. Es ist ungünstig, wenn die Tiefen der Eintiefungen weniger als 0,1 μm betragen, da die Wirkung der Eintiefung gering ist. Es ist nicht günstig, wenn die Tiefen der Eintiefungen mehr als 5 μm betragen, da der durch das Lager erzeugte Lärm groß ist.
Zur Stabilisierung der Dicke eines Ölfilms weisen die Rolloberfläche des Lagerrings und die Oberfläche der Wälzkörper vorzugsweise einen Aufbau auf, bei dem die Eintiefungen darauf zyklisch ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Eintiefungen derart ausgebildet, dass sich die Eintiefungen in einer zur Rollgleitrichtung orthogonalen Richtung erstrecken. Dies dient dazu, die Zufuhr von Öl aus Schmierfett, das sich aus einem Wälzbereich entfernt hat und sich an der Peripherie desselben abgelagert hat, zu ermöglichen.
Als weitere Ausführungsform des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung in 1 ist es möglich, als Beispiel ein Schrägkugellager anzugeben, bei dem ein Film auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Außenoberfläche 2a des Innenrings 2, der Innenoberfläche 3a des Außenrings 3 und der Oberfläche des Wälzkörpers 4 ausgewählt ist, ausgebildet ist. Diese Filme können durch Durchführen einer vorgegebenen Oberflächenbehandlung auf jeder Oberfläche gebildet werden. Eine Oberflächenbehandlung, die die durch Rollen verursachte Reibung verringert und ein leichtes Abblättern des Films verhindert, ist bevorzugt. Als Oberflächenbehandlung, die im Hinblick auf das Schmiervermögen hervorragend ist und ein leichtes Abblättern des Films verhindert, ist eine Metallplattierungsbehandlung oder Phosphorsäurefilmbehandlung bevorzugt.
Als die Metallplattierungsbehandlung können sowohl eine Elektroplattierung als auch eine nichtelektrische Plattierung verwendet werden. Als die zu verwendenden Metalle sind Cu, Ag, Ni, Zn, Sn und dgl., die eine glatte und hervorragende Haftung an dem Lagerstahl, der die Matrix ist, zeigen, bevorzugt.
Bei der Phosphorsäurefilmbehandlung wird beispielsweise ein Metallphosphatsalzfilm auf der Oberfläche des Lagerrings und dgl. durch Eintauchen des Lagerrings und dgl. in eine Lösung eines Phosphattriesters gebildet. Der Phosphattriester ist eine Organophosphorsäureverbindung, die durch (RO)₃P=O ausgedrückt wird (in der Formel bezeichnet R eine Arylgruppe, eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe). Ein Phosphattriester, der ein handelsübliches technisches Material ist, wie ein Weichmacher, kann verwendet werden. Als der Phosphattriester werden Trikresylphosphat (CH₃C₆H₄O)₃PO, Triphenylphosphat (C₆H_SO)₃PO und Tributylphosphat (C₄H₉O)₃PO aufgelistet. Der im vorhergehenden beschriebene Phosphattriester wird durch Verdünnen desselben mit einem organischen Lösemittel entsprechend der erforderlichen Handhabbarkeit verwendet. Zur Bildung des Metallphosphatsalzfilms auf der Oberfläche des Lagerstahls durch eine Reaktion des Phosphattriesters und des Lagerstahls miteinander sollte, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, die Behandlung durchgeführt werden, während die Lösung erhitzt wird. Beispielsweise ist durch Eintauchen des Lagerstahls in die Lösung bei 60°C über 1 bis 2 Stunden die Bildung eines Films mit einer ausreichenden Dicke möglich.
Durch vorgehendes Einmischen des Phosphattriesters in das Schmierfett, das später beschrieben ist, ist es möglich, den Metallphosphatsalzfilm auf der Kontaktoberfläche der Wälzkörper und der Kontaktoberfläche des Innenrings sowie des Außenrings, die mit der Oberfläche der Wälzkörper in Kontakt stehen, auf Grund eines durch den Betrieb des Lagers verursachten Temperaturanstiegs zu bilden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass angenommen werden kann, dass ein Verschleiß des Films immer ergänzt wird.
Als weitere Ausführungsform des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Beispiel ein Schrägkugellager angegeben werden, bei dem ein Käfig einen Wälzkörper in einem Taschenbereich hält, ein konkaver Bereich auf der Innenoberfläche eines Taschenbereichs ausgebildet ist und mindestens ein Rand des konkaven Bereichs abgeschrägt ist. 2 ist eine Schnittdarstellung, die ein derartiges Schrägkugellager zeigt. 3 ist eine perspektivische Darstellung eines spanend bearbeiteten Käfigs 15 zur Verwendung in einem Schrägkugellager 11.
Wie in 2 gezeigt ist, ist bei dem Schrägkugellager 11 ein Lagerzwischenraum, in dem ein Wälzkörper 14 durch einen Käfig 15 zwischen einem Innenring 12 und einem Außenring 13 gehalten wird, mit einem Dichtelement 16 abgedichtet, das an einer Verschlussrille befestigt ist, die an der inneren peripheren Oberfläche des Außenrings 13 ausgebildet ist. Ein Schmierfett 17 für das Hochgeschwindigkeitslager gemäß der vorliegenden Erfindung, das später beschrieben ist, ist in einem durch den Innenring 12, den Außenring 13 und den Wälzkörper 14 gebildeten Zwischenraum eingebracht. Eine Gerade, die einen Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper 14 und dem Innenring 12 und einen Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper 14 und dem Außenring 13 miteinander verbindet, weist einen Kontaktwinkel β zur radialen Richtung auf. Dadurch können eine radiale Last und eine axiale Last in einer Richtung auf das Schrägkugellager 11 ausgeübt werden. Der Wälzkörper 14 kann aus Keramik, wie Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder dgl., bestehen.
Wie in 3 gezeigt ist, sind ein konkaver Ölbevorratungsbereich 15c und ein konkaver Entspannungsbereich 15b auf der Innenoberfläche 15a des Taschenbereichs des spanend bearbeiteten Käfigs 15 ausgebildet. Ferner sind die Ränder 15d dieser gebildeten konkaven Bereiche infolge von deren Bildung abgeschrägt. Auch kann nur einer von dem Ölbevorratungsbereich 15c und dem Entspannungsbereich 15b ausgebildet sein. Ferner können zusätzlich zu den Rändern der konkaven Bereiche fast alle Ränder des Käfigs, die mit dem Wälzkörper in Kontakt stehen können, abgeschrägt werden.
Als ähnliche Ausführungsform kann als Beispiel ein Tiefrillenkugellager angegeben werden, bei dem ein Käfig Wälzkörper in einem Taschenbereich hält, ein konkaver Bereich auf der Innenoberfläche des Taschenbereichs ausgebildet ist und mindestens ein Rand des konkaven Bereichs abgeschrägt ist. 4 ist eine vertikale Schnittdarstellung, die ein derartiges fettgeschmiertes Tiefrillenkugellager zeigt. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Schnappkäfigs 25 zur Verwendung in dem Tiefrillenkugellager.
Wie in 4 gezeigt ist, ist in einem Tiefrillenkugellager 21 ein Lagerzwischenraum, in dem ein Wälzkörper 24 durch den Käfig 25 zwischen einem Innenring 22 und einem Außenring 23 gehalten wird, mit einem Dichtelement 26 abgedichtet, das an einer Verschlussrille befestigt ist, die an der inneren peripheren Oberfläche des Außenrings 23 ausgebildet ist. Ein Schmierfett 27 für das Hochgeschwindigkeitslager gemäß der vorliegenden Erfindung, das später beschrieben ist, ist in den durch den Innenring 22, den Außenring 23 und den Wälzkörper 24 gebildeten Lagerzwischenraum eingebracht. Der Wälzkörper 24 kann aus Keramik, beispielsweise Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder dgl., bestehen.
Wie in 5 gezeigt ist, sind ein konkaver Ölbevorratungsbereich der Einschnittseite 25b und ein konkaver Ölbevorratungsbereich der Bodenflächenseite 25c auf der Innenoberfläche 25a des Taschenbereichs eines Käfigs 25 ausgebildet. Die Ränder 25d dieser konkaven Bereiche, die in Folge der Bildung derselben ausgebildet sind, sind abgeschrägt. Ferner können zusätzlich zu den Rändern der konkaven Bereiche fast alle Ränder des Käfigs, die mit dem Wälzkörper in Kontakt kommen können, abgeschrägt werden.
Es ist günstig, wenn der in das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit eingebaute Käfig aus einem Harz besteht.
Durch Verwendung des aus Harz bestehenden Käfigs und Verringerung des Gewichts des Lagers kann der Einfluss der Zentrifugalkraft, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, verringert werden. Ferner ist es möglich, die Erzeugung von Reibungswärme an einem Gleitbereich der Wälzkörper und dem des Käfigs, der mit den Wälzkörpern in Kontakt kommt, zu unterdrücken.
Vorzugsweise wird ein Harz mit Wärmebeständigkeit und Ölbeständigkeit für den aus einem Harz bestehenden Käfig verwendet. Vorzugsweise können als Beispiele ein PA-Harz, Polyethylenharz, Polyacetalharz, Polyethylenterephthalatharz, Polybutylenterephthalatharz, Polycarbonatharz, Polyphenylensulfidharz, Polyethersulfonharz, Phenolharz, Polyetherimidharz, Polyamid-imidharz, PEEK-Harz und ein thermoplastisches Polyimidharz angegeben werden. Diese Harze können einzeln oder in einer Kombination von nicht weniger als zwei Arten derselben verwendet werden.
Von diesen Harzen werden vorzugsweise ein PA-Harz, das aus einem PA46-Harz, PA66-Harz oder PA9T-Harz besteht, das mit Glasfasern oder dgl. verstärkt ist, die von niedrigem Gewicht und von hervorragender Affinität für Öl und mechanischer Stabilität sind; ein Phenolharz wie Bakelit; und ein PEEK-Harz verwendet.
Als weitere Ausführungsform des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Beispiel in 6 bis 9 ein Schrägkugellager mit einem wasserabweisenden und ölabweisenden Film, der auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, dere mit eingebrachtem Schmierfett in Kontakt kommt, ausgebildet ist, angegeben werden.
Aufwändige Untersuchungen erfolgten an dem Wälzlager für hohe Geschwindigkeit, das einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit vollständig gewachsen ist, auch wenn nur eine kleine Menge Schmierfett in dieses eingebracht ist; wodurch Werkzeugmaschinen kompakt gemacht werden können und Betriebskosten verringert werden können. Infolgedessen wurde ermittelt, dass durch die Ausbildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche eines Elements, das das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit bildet, und durch das Einbringen eines vorgegebenen Schmierfetts in dieses das Lager bei der Verwendung desselben bei Rotation mit hoher Geschwindigkeit eine lange Lebensdauer aufweist.
Durch Ausbildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, der mit einem Schmierstoff wie einem Schmieröl und einem Schmierfett, die in das Lager eingebracht sind, in Kontakt kommt, wird der Schmierstoff durch die Oberflächenspannung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films abgestoßen und er bewegt sich aktiv, ohne dass der Schmierstoff auf der Oberfläche des Films verbleibt. Da es möglich ist, zu bewerkstelligen, dass der vorgegebene Schmierstoff auf einer Gleitfläche wie einer Wälzkontaktoberfläche und einer Rolloberfläche mit dem sich darauf aktiv bewegenden Schmierstoff immer vorhanden ist, ist es denkbar, dass die Beständigkeit der Schmierwirkung verbessert ist und ein Wälzlager mit langer Lebensdauer erhalten wird.
6 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für eine Position zeigt, an der ein wasserabweisender und ölabweisender Film des Schrägkugellagers ausgebildet ist. Es ist notwendig, den wasserabweisenden und ölabweisenden Film auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, der mit dem Schmierfett 37 in Kontakt kommt, auszubilden und ihn vorzugsweise auf anderen Teilen als einer Gleitoberfläche auszubilden. Hierbei bedeuten die Gleitoberflächen die Laufbahnoberfläche 32a eines Innenrings, die Laufbahnoberfläche 33a eines Außenrings und die Kontaktoberfläche eines Käfigs 35 und die eines Wälzkörpers 34, die mit der Oberfläche des Käfigs 35 in Kontakt kommt, und die Oberfläche des Wälzkörpers 34.
In 6 ist in einem Schrägkugellager 31 der Lagerzwischenraum, in dem der Wälzkörper 34 durch den Käfig 35 zwischen dem Innenring 32 und dem Außenring 33 gehalten wird, mit einem Dichtelement 36 abgedichtet, das an einer Verschlussrille befestigt ist, die auf einer inneren peripheren Oberfläche des Außenrings 33 ausgebildet ist. Ein wasserabweisender und ölabweisender Film 38 ist auf einem Teil der Oberfläche des Dichtelements 36 an der Innenseite des Lagers ausgebildet. Das Schmierfett 37 für das Hochgeschwindigkeitslager gemäß der vorliegenden Erfindung, das später beschrieben ist, ist in einen durch den Innenring 32, den Außenring 33 und den Wälzkörper 34 gebildeten Lagerzwischenraum eingebracht.
Eine gerade Linie, die einen Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper 34 und dem Innenring 32 und einen Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkörper 34 und dem Außenring 33 miteinander verbindet, weist einen Kontaktwinkel β zur radialen Richtung auf. Dadurch können einen radiale Last und eine axiale Last in einer Richtung auf das Schrägkugellager ausgeübt werden. Der Wälzkörper 34 kann aus Keramik, beispielsweise Silicumnitrid, Siliciumcarbid oder dgl., bestehen.
7 bis 9 sind Schnittdarstellungen, die ein weiteres Beispiel für die Position, an der der wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist, zeigen. In 7 ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film 38b auf der Innenoberfläche des Außenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche 33a desselben und der Oberfläche des Dichtelements 36 an der Innenseite des Lagers ausgebildet. In 8 ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film 38c auf der Außenoberfläche des Innenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche 32a desselben und der Oberfläche des Dichtelements 36 an der Innenseite des Lagers ausgebildet. In 9 ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film 38d auf der Oberfläche des Käfigs 35 mit Ausnahme der Oberfläche desselben, die mit dem Wälzkörper 34 in Kontakt kommt, ausgebildet. In 7 bis 9 ist der sonstige Aufbau mit Ausnahme des wasserabweisenden und ölabweisenden Films ähnlich dem von 6.
Obwohl die Position, an der der wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist, in 6 bis 9 individuell gezeigt ist, können diese Positionen, an denen der wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist, einzeln oder in einer Kombination von nicht weniger als zwei Positionen verwendet werden.
Als eine ähnliche Ausführungsform kann in 10 bis 13 ein Beispiel für ein Tiefrillenkugellager mit einem wasserabweisenden und ölabweisenden Film, der auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche desselben, der mit eingebrachtem Schmierfett in Kontakt kommt, ausgebildet ist, angegeben werden.
10 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für eine Position zeigt, an der ein wasserabweisender und ölabweisender Film des Tiefrillenkugellagers ausgebildet ist. Der wasserabweisende und ölabweisende Film muss auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, der mit dem Schmierfett 47 in Kontakt kommt, ausgebildet sein und vorzugsweise ist er auf anderen Teilen als der Gleitoberfläche ausgebildet. Hierbei bedeuten die Gleitoberflächen die Laufbahnoberfläche 42a eines Innenrings, die Laufbahnoberfläche 43a eines Außenrings und die Kontaktoberfläche eines Käfigs 45 und die eines Wälzkörpers 44, die mit dem Käfig 45 in Kontakt kommt, und die Oberfläche des Wälzkörpers 44.
In 10 ist in einem Tiefrillenkugellager 41 der Lagerzwischenraum, in dem der Wälzkörper 44 durch den Käfig 45 zwischen dem Innenring 42 und dem Außenring 43 gehalten wird, mit einem Dichtelement 46 abgedichtet, das an einer Verschlussrille befestigt ist, die auf einer inneren peripheren Oberfläche des Außenrings 43 ausgebildet ist. Ein wasserabweisender und ölabweisender Film 48a ist auf mindestens einem Teil der Oberfläche des Dichtelements 46 auf der Innenseite des Lagers ausgebildet. Das Schmierfett 47 für das Hochgeschwindigkeitslager gemäß der vorliegenden Erfindung, das später beschrieben ist, ist in den durch den Innenring 42, den Außenring 43 und den Wälzkörper 44 gebildeten Lagerzwischenraum eingebracht. Der Wälzkörper 44 kann aus Keramik, beispielsweise Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder dgl., bestehen.
11 bis 13 sind Schnittdarstellungen, die ein weiteres Beispiel für die Position, an der der wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist, zeigen. In 11 ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film 48b auf der Innenoberfläche des Außenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche 43a desselben und der Oberfläche des Dichtelements 46 auf der Innenseite des Lagers ausgebildet. In 12 ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film 48c auf der Außenoberfläche des Innenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche 42a desselben und der Oberfläche des Dichtelements 46 auf der Innenseite des Lagers ausgebildet. In 13 ist ein wasserabweisender und ölabweisender Film 48d auf der Oberfläche des Käfigs 45 mit Ausnahme der Oberfläche desselben, die mit dem Wälzkörper 44 in Kontakt kommt, ausgebildet. In 11 bis 13 ist der sonstige Aufbau mit Ausnahme des wasserabweisenden und ölabweisenden Films ähnlich dem von 10.
Obwohl die Position, an der der wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist, in 10 bis 13 individuell angegeben ist, können diese Positionen, an denen der wasserabweisende und ölabweisende Film ausgebildet ist, einzeln oder in einer Kombination von nicht weniger als 2 Positionen verwendet werden.
Durch die Ausbildung der wasserabweisenden und ölabweisenden Filme 38a bis 38d, 48a bis 48d der Innenoberfläche des Lagers, die in 6 bis 13 gezeigt sind, wird das eingebrachte Schmierfett 37, 47 durch die Oberflächenspannung der wasserabweisenden und ölabweisenden Filme 38a bis 38d, 48a bis 48d abgestoßen und es bewegt sich aktiv, ohne dass der Schmierstoff auf der Oberfläche des Films zurückbleibt. Daher wird das Schmierfett 37, 47 den Laufbahnoberflächen 32a, 42a des Innenrings, den Laufbahnoberflächen 33a, 43a des Außenrings und den Kontaktoberflächen zwischen den Käfigen 35, 45 und den Wälzkörpern 34, 44 und den Oberflächen der Wälzkörper 34, 44 kontinuierlich zugeführt. Dadurch ist die Beständigkeit der Schmierwirkung verbessert, wodurch es möglich wird, dass das Wälzlager eine lange Lebensdauer aufweist.
Durch Ausbildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films auf anderen Oberflächen als den Gleitoberflächen verursacht das Gleiten kein Abblättern des Films.
Als Materialien zur Bildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films können ein wasserabweisendes und ölabweisendes Mittel auf Siliciumbasis und ein wasserabweisendes und ölabweisendes Mittel auf Fluorbasis verwendet werden, und die Materialien zur Bildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films sind nicht auf ein spezielles beschränkt. Vorzugsweise besteht der wasserabweisende und ölabweisende Film aus dem wasserabweisenden und ölabweisenden Mittel auf Siliciumbasis, beispielsweise einem Siloxan oder dgl., oder es wird unter Verwendung eines Fluoralkylsilans gebildet.
Als im Handel erhältliche Produkte werden ”NOX guard ST-420”, hergestellt von Nippon Mektron Ltd., ”Unidyne”, hergestellt von Daikin Industries Ltd., und ”Perfluoroalkylsilane KBM7803”, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., aufgelistet.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nur notwendig, den wasserabweisenden und ölabweisenden Film auf der Innenoberfläche des Lagers, die mit dem Schmierfett in Kontakt kommt, auszubilden. Das Verfahren zur Ausbildung des Films ist nicht speziell beschränkt. Zur Bildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films auf der Innenoberfläche des Lagers, die mit dem Schmierfett in Kontakt kommt, wird beispielsweise nach dem Eintauchen des Wälzlagers in eine Lösung, in der das wasserabweisende und ölabweisende Mittel auf Siliciumbasis, wie ein Siloxan, dispergiert ist, das wasserabweisende und ölabweisende Mittel auf Siliciumbasis getrocknet. Dadurch kann der wasserabweisende und ölabweisende Film gebildet werden. Ferner ist es möglich, eine Trockenplattierung, beispielsweise eine Gasphasenabscheidung, eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und Ionenplattierung oder Elektroplattierung zu verwenden.
Eine Ausbildung des wasserabweisenden und ölabweisenden Films durch Applizieren eines im Handel erhältlichen wasserabweisenden und ölabweisenden Mittels auf die Innenoberfläche des Lagers, die mit dem Schmierfett in Kontakt kommt, ist möglich. Von diesen Verfahren wird vorzugsweise ein Verfahren des Eintauchens des Wälzlagers in eine Lösung, in der das wasserabweisende und ölabweisende Mittel dispergiert ist, verwendet, da dieses Verfahren die Notwendigkeit der Durchführung einer wasserabweisenden und ölabweisenden Behandlung für jedes Komponententeil beseitigt und niedrige Verfahrenskosten zeigt.
Bei dem Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schmierfett vorzugsweise zu nicht weniger als 1 Vol.-% und weniger als 10 Vol.-% des leeren Zwischenraums des Lagers eingebracht. Bei weniger als 1 Vol.-% ist die zur Schmierung notwendige Menge des Schmierfetts unzureichend. Daher besteht die Tendenz, dass sich das Schmierfett erschöpft. Bei mehr als oder gleich 10 Vol.-% ist das Drehmoment beim Rühren groß, was die Erzeugung einer großen Wärmemenge verursacht. Daher ist die Schmierungsgebrauchsdauer nicht verbessert und ferner sind die Kosten hoch und dies ist in Bezug auf die Umwelt ungünstig.
Als Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu dem Schrägkugellager und dem Tiefrillenkugellager, die in den im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen angegeben sind, ein Zylinderrollenlager, ein Kegelrollenlager, ein Pendelrollenlager, ein Nadellager, ein Axial-Zylinderrollenlager, ein Axial-Kegelrollenlager, ein Axial-Nadellager und ein Axial-Pendelrollenlager und dgl. verwendet werden. Von diesen Wälzlagern wird vorzugsweise das Schrägkugellager oder das Zylinderrollenlager verwendet, da sie hohe Rotationsgenauigkeit und Lastbeständigkeitseigenschaften bei Rotation mit hoher Geschwindigkeit aufweisen.
Das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierfett für das Hochgeschwindigkeitslager, das aus einem Harnstoff-Schmierfett, das eine Verbindung auf Harnstoffbasis als Verdicker desselben enthält, und einem Nichtharnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, das mit dem Harnstoff-Schmierfett vermischt ist, besteht, hierfür verwendet wird.
In der vorliegenden Erfindung kann als Grundöl, das für das Harnstoff-Schmierfett und das Nichtharnstoff-Schmierfett verwendet werden kann, ein Schmieröl mit einer kinematischen Viskosität bei 40°C (im folgenden nur als kinematische Viskosität bezeichnet) von 15 bis 40 mm²/s verwendet werden. Ein Schmieröl mit einer kinematischen Viskosität von 18 bis 30 mm²/s ist besonders bevorzugt. Wenn die kinematische Viskosität weniger als 15 mm²/s beträgt, ist die Viskosität so niedrig, dass keine ausreichende Beständigkeit bei Belastung erhalten werden kann. Wenn die kinematische Viskosität des Schmieröls mehr als 40 mm²/s beträgt, ist die Ölzufuhr zur Laufbahnoberfläche unzureichend, wenn die Rotationsgeschwindigkeit höher wird. Dadurch weist das Lager eine kurze Lebensdauer auf.
Als Art des Grundöls des Harnstoff-Schmierfetts sind ein synthetisches Kohlenwasserstofföl, Esteröl und ein Alkyldiphenyletheröl oder Ölgemische dieser öle bevorzugt.
Vorzugsweise beträgt die kinematische Viskosität des synthetischen Kohlenwasserstofföls, des Esteröls und des Alkyldiphenyletheröls jeweils 15 bis 40 mm²/s. In diesem Bereich der kinematischen Viskosität kann der Bereich der kinematischen Viskosität der Ölgemische dieser Grundöle auf 15 bis 40 mm²/s eingestellt werden.
Vorzugsweise enthält das Ölgemisch das synthetische Kohlenwasserstofföl als dessen essentielle Komponente und vorzugsweise ist der Gewichtsanteil des synthetischen Kohlenwasserstofföls nicht geringer als der des Esteröls und des Alkyldiphenyletheröls.
Als das synthetische Kohlenwasserstofföl werden Poly-α-olefine, wie n-Paraffin, Isoparaffin, Polybuten, Polyisobutylen, 1-Decen-Oligomere und Cooligomere von 1-Decen und Ethylen aufgelistet.
Als das Esteröl werden Diesteröle, wie Dibutylsebacat, Di-2-ethylhexylsebacat, Dioctyladipat, Diisodecyladipat, Ditridecyladipat, Ditridecylphthalat und Methylacetylcinnoleat; aromatische Esteröle, wie Trioctyltrimellitat, Tridecyltrimellitat, Tetraoctylpyromellitat; Polyolesteröle, wie Trimethylolpropancaprylat, Trimethylolpropanpelargonat, Pentaetythrit-2-ethylhexanoat und Pentaerythtritpelargonat; und Carbonatesteröle aufgelistet.
Als das Alkyldiphenyletheröl werden ein Monoalkyldiphenylether, Dialkyldiphenylether und ein Polyalkyldiphenylether aufgelistet.
Die Verbindung auf Harnstoffbasis (der Verdicker auf Harnstoffbasis) wird durch eine Reaktion zwischen einer Polyisocyanatkomponente und einer Monoaminkomponente erhalten.
Als die Polyisocyanatkomponente werden Phenylendiisocyanat, Tolylendiisocyanat, Diphenyldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Octadecandiisocyanat, Decandiisocyanat, Hexandiisocyanat und dgl. aufgelistet. Von diesen Polyisocyanatkomponenten ist ein aromatisches Diisocyanat bevorzugt.
Es ist möglich, ein Polyisocyanat zu verwenden, das durch eine Reaktion zwischen einem Diamin und einem Diisocyanat, das im Hinblick auf dessen Molmenge gegenüber der des Diamins im Überschuss vorliegt, erhalten wurde. Als das Diamin werden Ethylendiamin, Propandiamin, Butandiamin, Hexandiamin, Octandiamin, Phenylendiamin, Tolylendiamin, Xyloldiamin und Diaminodiphenylmethan aufgelistet.
Die Monoaminkomponente enthält mindestens ein Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, mit einem Anteil von nicht weniger als 50 Mol-% und vorzugsweise nicht weniger als 80 Mol-% an der Gesamtmenge der Monoamine. Auf Grund eines Anteils von nicht weniger als 50 Mol-% wird der Verdicker durch die Scherkraft des Verdickers bei einer Rotation des Lagers mit hoher Geschwindigkeit nicht leicht zerstört und auf Grund des Kapillarphänomens der Fasern des Verdickers kann die Ölkomponente des Schmierfetts der Rolloberfläche stabil zugeführt werden.
Als Beispiel für ein anderes Monoamin als das aliphatische Monoamin und das alicyclische Monoamin wird ein aromatischen Monoamin angegeben.
Als aliphatisches Monoamin werden Hexylamin, Octylamin, Dodecylamin, Hexadecylamin, Octadecylamin, Stearylamin, Oleylamin und dgl. aufgelistet. Von diesen aliphatischen Monoaminen ist Octylamin bevorzugt.
Als Beispiel für ein alicyclisches Monoamin wird Cyclohexylamin angegeben.
Als Beispiel für das aromatische Monoamin werden Anilin und p-Toluidin angegeben. Von diesen aromatischen Monoaminen ist p-Toluidin bevorzugt.
Der Verdicker auf Harnstoffbasis wird mit einem Anteil von günstigerweise 3 bis 20 Gew.-% und noch besser 5 bis 15 Gew.-% an dem gesamten Harnstoff-Schmierfett eingemischt. Wenn der Mischungsanteil des Verdickers auf Harnstoffbasis weniger als 3 Gew.-% beträgt, weist das Harnstoff-Schmierfett keine ausreichende Grundölhalteeigenschaft auf und in einem frühen Stadium erfolgt bei der Rotation des Lagers eine Abtrennung von Öl in großem Maße auf einmal und daher erfolgt ein Austreten des Schmierfetts. Dadurch weist das Lager eine kurze Haltbarkeitsdauer auf. Wenn der Mischungsanteil des Verdickers auf Harnstoffbasis mehr als 20 Gew.-% beträgt, ist die Menge des Grundöls relativ klein. Daher ist die Ölzufuhreigenschaft unzureichend und es findet in einem frühen Stadium eine unzureichende Schmierung statt. Dadurch weist das Lager ebenfalls eine kurze Haltbarkeitsdauer auf.
Als Art des Grundöls des Nichtharnstoff-Schmierfetts kann zusätzlich zu dem synthetischen Kohlenwasserstofföl, dem Esteröl, dem Alkyldiphenyletheröl oder Ölgemischen dieser Öle, die als das des Harnstoff-Schmierfetts verwendet werden, ein Mineralöl, Fluoröl, Siliconöl und dgl. einzeln oder als Gemische derselben verwendet werden.
Es kann ein Mineralöl verwendet werden, das durch Raffination eines Schmieröls erhalten wird, das aus Rohöl mittels Vakuumdestillation, Entasphaltierung eines Schmierstoffs, Extraktion mit einem Lösemittel, Zersetzung durch Hydrierung, Entparaffinierung mit einem Lösemittel, Reinigung mit Schwefelsäure, Raffination mit Kaolin und Raffination durch Hydrierung erhalten wurde.
Als Fluoröl können Verbindungen verwendet werden, die durch Austausch von Wasserstoffatomen eines aliphatischen Kohlenwasserstoffpolyethers durch Fluoratome gebildet werden. Als Beispiel wird ein Perfluorpolyetheröl angegeben. Als Beispiel für das Perfluorpolyetheröl kann ein Perfluorpolyether mit Seitenketten, wie Fomblin Y (Handelsbezeichnung, hergestellt von Montedison S. p. A.) und Krytox (Handelsbezeichnung, hergestellt von Dupont); und ein geradkettiger Perfluorpolyether, wie Fombin M (Handelsbezeichnung, hergestellt von Montedison S. p. A.) und Demnum (Handelsbezeichnung, hergestellt von Daikin Industries, Ltd.), angegeben werden.
Als das Siliconöl können beliebig ein sog. gerades bzw. reines Siliconöl, wie Dimethylsiliconöl und Methylphenylsiliconöl; und ein sog. modifiziertes Siliconöl, wie ein alkylmodifiziertes Siliconöl und ein aralkylmodifiziertes Siliconöl, verwendet werden.
Als Verdicker (Verdicker auf Nichtharnstoffbasis) für das Nichtharnstoff-Schmierfett werden eine Metallseife, Natriumterephthalamat, Polytetrafluorethylenharze hervorragender Ölabtrennungseigenschaft aufgelistet.
Die Metallseife wird aus einer Metallquelle aus Metallhydroxiden oder dgl. und Fettsäuren wie aliphatischen Monocarbonsäure (beispielsweise Stearinsäure) und aliphatischen Monocarbonsäuren (beispielsweise 12-Hydroxystearinsäure), die mindestens eine Hydroxylgruppe enthalten, synthetisiert. Es können auch Mischmetallseifen verwendet werden, die aus der oben beschriebenen Metallquelle, den oben beschriebenen aliphatischen Monocarbonsäuren und zweibasischen Säuren, wie aliphatischen Dicarbonsäuren, synthetisiert werden.
In Abhängigkeit von der Art des Metalls können eine Lithiumseife, Mischlithiumseife, Bariumseife, Mischbariumseife, Aluminiumseife, Mischaluminiumseife, Calciumseife, Mischcalciumseife, Natriumseife, Mischnatriumseife, Zinkseife und Mischzinkseife aufgelistet werden.
Als Metallseife (Amidmetallseife) mit einer Amidbindung in deren Molekül und Mischmetallseife (Mischamidmetallseife) mit der Amidbindung in deren Molekül können eine Amidnatriumseife, Mischamidnatriumseife, Amidbariumseife, Mischamidbariumseife, Amidaluminiumseife, Mischamidaluminiumseife, Amidcalciumseife, Mischamidcalciumseife, Amidzinkseife und Mischamidzinkseife aufgelistet werden.
Von diesen Verdickern sind die Mischlithiumseife, die Mischbariumseife, Natriumterephthalamat und die Mischamidbariumseife besonders bevorzugt, da diese Verdicker im Hinblick auf die Ölzufuhreigenschaft und Stabilität bei Scherung hervorragend sind.
Vorzugsweise beträgt der Mischungsanteil des Verdickers des Nichtharnstoff-Schmierfetts an der Gesamtmenge des Nichtharnstoff-Schmierfetts 10 bis 40 Gew.-%. Wenn der Mischungsanteil des Verdickers weniger als 10 Gew.-% beträgt, ist das Schmierfett weich und es tritt auf Grund von Scherkräften leicht aus dem Lager aus. Wenn der Mischungsanteil desselben mehr als 40 Gew.-% beträgt, ist die Menge des Öls in dem Schmierfett gering und daher besteht die Gefahr, dass die Ölzufuhreigenschaft gering ist.
Der Mischungsanteil des Nichtharnstoff-Schmierfetts an der Gesamtmenge des Schmierfetts wird günstigerweise auf 10 bis 80 Gew.-% und noch besser auf 20 bis 50 Gew.-% eingestellt. Wenn der Mischungsanteil des Nichtharnstoff-Schmierfetts weniger als 10 Gew.-% beträgt, ist die Ölzufuhreigenschaft für den Wälzbereich niedrig. Wenn der Mischungsanteil des Nichtharnstoff-Schmierfetts mehr als 80 Gew.-% beträgt, besteht die Tendenz, dass die Fasern des Verdickers zerstört werden, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und auf Grund des Kapillarphänomens des Verdickers kann das Grundöl dem Wälzbereich nicht zugeführt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann das Schmierfettgemisch aus dem Harnstoff-Schmierfett und dem Nichtharnstoff-Schmierfett nach Bedarf bekannte Additive für ein Schmierfett enthalten. Als Additive können ein Antioxidationsmittel, wie Organozinkverbindungen, Aminverbindungen und Phenolverbindungen; ein Metallinaktivierungsmittel, wie Benzotriazol; ein Viskositätsindexverbesserer, wie Polymethacrylat und Polystyrol; ein Festschmiermittel, wie Molybdändisulfid und Graphit; ein Korrosionsinhibitor, wie ein Metallsulfonat und ein Ester eines mehrwertigen Alkohols; ein Reibungsverringerungsmittel, wie eine organische Molybdänverbindung; ein öliges Mittel, wie ein Ester und ein Alkohol; und ein Verschleißverhinderungsmittel, wie Verbindungen auf Phosphorbasis, verwendet werden. Diese Additive können einzeln oder in einer Kombination dem Schmierfett zugesetzt werden. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an diesen Additiven nicht weniger als jeweils 0,05 Gew.-% gegenüber der Gesamtmenge des Schmierfetts und er wird auf einen Bereich von 0,15 bis 10 Gew.-% im Hinblick auf die Gesamtmenge der Additive eingestellt. Wenn die Gesamtmenge der Additive mehr als 10 Gew.-% beträgt, ist es unmöglich, eine der Zunahme des Gehalts entsprechende Wirkung zu erwarten, und ferner werden die Gehalte an anderen Komponenten relativ klein. Ferner agglomerieren die Additive in dem Schmierfett, was ungünstige Phänomene, wie eine Zunahme des Drehmoments, verursachen kann.
Allgemein verwendete Motoren wie Wechselstrommotoren und Gleichstrommotoren werden immer kleiner. Daher besteht die Tendenz, dass das Lager mit hoher Geschwindigkeit und hohem Oberflächendruck betrieben wird. Lager, die ein Metallseifenschmierfett wie eine herkömmlicherweise verwendete Lithiumseife verwenden, können keine ausreichende Haltbarkeit erhalten. Daher besteht die Tendenz, dass ein Harnstoff-Schmierfett und dgl. mit einer höheren Haltbarkeit verwendet werden. Motoren für elektrische Hilfsmaschinen, die mit dem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs verbunden sind, werden bei nicht weniger als 150°C verwendet, während Motoren für technische Maschinen oder Informationsgeräte, beispielsweise ein Motor für einen Ventilator, einen Lüftermotor für eine Brennstoffzelle, einen Reinigermotor, einen Gebläsemotor, einen Servomotor und einen Schrittmotor; und Motoren für Elektrogeräte, wie der Startermotor eines Kraftfahrzeugs, der Motor einer elektromechanischen Lenkung, ein Lenkungsenstellkippmotor, ein Wischermotor und ein Motor für elektrische Fensterheber, häufig bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von weniger als 150°C verwendet werden. In der Umgebung mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen, in der der Motor verwendet wird, zeigt ein herkömmliches Harnstoff-Schmierfett ein niedriges Fließvermögen des Grundöls desselben. Wenn daher eine höhere Geschwindigkeit für das Lager benötigt wird, wird das Grundöl der Rolloberfläche in unzureichendem Maße zugeführt. Daher zeigt ein herkömmliches Harnstoff-Schmierfett das Problem, dass es zu fehlerhafter Schmierung tendiert.
Das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung, in das Schmierfett für das Hochgeschwindigkeitslager eingebracht ist, ist hervorragend im Hinblick auf die Eigenschaft der Zufuhr von Öl zu der Rolloberfläche auch in einer Umgebung, in der eine höhere Geschwindigkeit bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erforderlich ist. Daher kann das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung für Elektromotoren, für technische Maschinen oder Informationsgeräte, beispielsweise den Motor für einen Ventilator, den Lüftermotor für eine Brennstoffzelle, den Reinigermotor, den Gebläsemotor, den Servomotor, den Schrittmotor und dgl.; und die Motoren für Elektrogeräte, wie den Startermotor für ein Kraftfahrzeug, den Motor für elektromechanische Lenkung, den Lenkungseinstellkippmotor, den Wischermotor und den Motor für elektrische Fensterheber, vorzugsweise verwendet werden.
Beispiele
Obwohl die vorliegende Erfindung im folgenden durch die Angabe von Testbeispielen weiter beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung auf die Testbeispiele nicht beschränkt. Die Daten der kinematischen Viskosität (40°C) des Grundöls, das in den einzelnen Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wird, sind in den Tabellen 1 und 3 angegeben. Die Zentrifugenölabsonderungsgrade, die in den Tabellen 2 und 4 bis 7 angegeben sind, zeigen Werte, die in dem im folgenden angegebenen Zentrifugenölabtrennungstest ermittelt wurden.
Zentrifugenölabsonderungstest
50 g einer Schmierfettprobe wurden in ein Zentrifugenabtrennungsröhrchen zur Verwendung mit einem Zentrifugenabscheider und Ermittlung des Zentrifugenölabsonderungsgrades im Falle des Anlegens einer Beschleunigung von 23000 G an den Zentrifugenabscheider über 7 h bei 40°C unter Verwendung der im folgenden angegebenen Gleichung gegeben: (Zentrifugenölabsonderungsgrad, %) = (1 – Konzentration des Verdickers vor dem Test/Konzentration des Verdickers nach dem Test) × 100
Herstellung von Harnstoff-Schmierfett Harnstoff-Schmierfett U1 bis Harnstoff-Schmierfett U5
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (Millionate MT, im folgenden als MDI bezeichnet, das von Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., hergestellt wird) wurde in einer Hälfte des in Tabelle 1 angegebenen Grundöls mit dem in Tabelle 1 angegebenen Anteil gelöst. Monoamin wurde in der verbliebenen Hälfte des Grundöls mit einem zweimal so großen Äquivalentgewicht wie das des MDI gelöst. Der Mischungsanteil und die Art von jeweils MDI und Monoamin sind in Tabelle 1 angegeben.
Nachdem die Lösung, in der das Monoamin gelöst worden war, zu der Lösung, in der das MDI gelöst worden war, gegeben worden war, wobei die Lösung, in der das MDI gelöst worden war, gerührt wurde, wurde das Rühren über 30 min bei 100 bis 120°C zur Umsetzung zur Bildung einer Diharnstoffverbindung in dem Grundöl fortgesetzt. Auf diese Weise wurden die Harnstoff-Schmierfettproben erhalten.
Herstellung von Nichtharnstoff-Schmierfett Nichtharnstoff-Schmierfett NU1 bis Nichtharnstoff-Schmierfett NU6
Ein Verdicker wurde in den in Tabelle 1 angegebenen einzelnen Grundölen gelöst, wobei Nichtharnstoff-Schmierfettproben erhalten wurden. Der Mischungsanteil und die Art der einzelnen Verdicker sind wie in Tabelle 1 angegeben.
In Bezug auf Natriumterephthalamat wurde Methylterephthalatmono-N-octadecylamid mit Natriumhydroxid unter Verwendung des Grundöls als Lösemittel umgesetzt, um Natrium-N-octadecylterephtalamat zu erzeugen.
Beispiele 1 bis 9
Das Harnstoff-Schmierfett und das Nichtharnstoff-Schmierfett, die in Tabelle 1 angegeben sind, wurden in den in Tabelle 2 angegebenen Anteilen miteinander gemischt, wobei Schmierfettproben erhalten wurden. Der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest und der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit wurden an den Schmierfettproben zur Ermittlung des Zentrifugenölabsonderungsgrads und der Gebrauchsdauer der einzelnen Schmierfette durchgeführt. Die Tabelle 2 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Als das Nichtharnstoff-Schmierfett (Schmierfett NU7) des Beispiels 9 wurde ISOFLEX NBU 15, hergestellt von NOK Kluber Co., Ltd., verwendet.
Vergleichsbeispiele 1 bis 12
Das Harnstoff-Schmierfett oder das Nichtharnstoff-Schmierfett (in Vergleichsbeispiel 10 wurden sowohl Harnstoff-Schmierfett als auch Nichtharnstoff-Schmierfett verwendet), die in Tabelle 2 angegeben sind, wurden als Schmierfettproben verwendet. Den Punkten von Beispiel 1 ähnliche Punkte wurden an den Schmierfettproben ermittelt. Die Tabelle 2 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit-Tiefrillenkugellager (6204)
0,14 g (etwa 3 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der einzelnen Schmierfettproben wurden in die einzelnen Tiefrillenkugellager (6204) zur Applikation der Schmierfettprobe auf eine Rolloberfläche desselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Während eine axiale Last von 670 N und eine radiale Last von 67 N auf die Testlager ausgeübt wurde, wurden die Testlager in einer Atmosphäre normaler Temperatur mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 15000 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) desselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 520.000.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit-Schrägkugellager
3,0 g (etwa 10 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe der Beispiele 1, 2, 8, 9, der Vergleichsbeispiele 1, 5 und 10 oder 12 wurden in die einzelnen Schrägkugellager (Außendurchmesser 150 mm × Innendurchmesser 100 mm, Innen- und Außenringe: SUJ2, Wälzkörper: Siliciumnitridkugel, 13/32 inch) zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberflächen desselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Jedes Testlager wurde durch Kühlen des Außenzylinders desselben unter Ausüben eines konstanten Drucks von 1,8 GPa auf dieses gekühlt. Während die Temperatur des Außenrings der einzelnen Lager bei nicht mehr als 50°C gehalten wurde, wurden die einzelnen Lager mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 14500 Umin^–1 rotiert, um die Zeiträume bis zum Auftreten eines Festfressens als die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) desselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 1.850.000.
Die Tabelle 2 zeigt, dass es bei dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Schmierfett günstig ist, wenn (1) das Schmierfett ein Gemisch aus dem Harnstoff-Schmierfett und dem Nichtharnstoff-Schmierfett ist, der Verdicker des Harnstoff-Schmierfetts durch eine Reaktion zwischen einer Polyisocyanatkomponente und einer Monoaminkomponente erhalten wird und die Monoaminkomponente nicht weniger als 50 Mol-% an mindestens einem Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, bezogen auf die gesamten Monoamine, enthält; wenn (2) als Verdicker auf Nichtharnstoffbasis ein Verdicker auf Seifenbasis verwendet wird; und wenn (3) das Grundöl eine kinematische Viskosität von 15 bis 40 mm²/s aufweist.
Herstellung von Harnstoff-Schmierfett Harnstoff-Schmierfett U6 bis U8
MDI wurde in dem in Tabelle 3 gegebenen Anteil in einer Hälfte des in Tabelle 3 angegebenen Grundöls gelöst. Das Monoamin wurde in der verbliebenen Hälfte des Grundöls mit einem zweimal so großen Äquivalentgewicht wie das des MDI gelöst. Der Mischungsanteil und die Art von jeweils dem MDI und dem Monoamin sind in Tabelle 3 angegeben.
Nach Zugabe der Lösung, in der das Monoamin gelöst worden war, zu der Lösung, in der das MDI gelöst worden war, wobei die Lösung, in der das MDI gelöst worden war, gerührt wurde, wurde das Rühren über 30 min bei 100 bis 120°C für eine Reaktion zur Bildung der Verbindung auf Diharnstoffbasis in den einzelnen Grundölen fortgesetzt. Auf diese Weise wurden Schmierfettproben erhalten.
Herstellung von Nichtharnstoff-Schmierfett Nichtharnstoff-Schmierfett NU8 bis NU10
Ein Verdicker wurde in den in Tabelle 3 angegebenen einzelnen Grundölen gelöst, wobei Nichtharnstoff-Schmierfettproben erhalten wurden. Der Mischungsanteil und die Art der einzelnen Verdicker sind in Tabelle 3 angegeben.
In Bezug auf Natriumterephthalamat wurde Methylethylterephthalatmono-N-octadecylamid mit Natriumhydroxid unter Verwendung des Grundöls als Lösemittel zur Erzeugung des Natrium-N-octadecylterephthalamats umgesetzt.
Beispiele 10 bis 13
Das Harnstoff-Schmierfett und das Nichtharnstoff-Schmierfett, die in Tabelle 3 angegeben sind, wurden in den in Tabelle 4 angegebenen Anteilen miteinander gemischt, wobei Schmierfettproben erhalten wurden. Der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest und der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit wurden an den Schmierfettproben durchgeführt, um den Zentrifugenölabsonderungsgrad und die Gebrauchsdauer der einzelnen Schmierfette zu ermitteln. Tabelle 4 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Vergleichsbeispiele 13 bis 17
Das Harnstoff-Schmierfett oder das Nichtharnstoff-Schmierfett, die in Tabelle 4 angegeben sind, wurden als Schmierfettproben verwendet. Denen des Beispiels 10 ähnliche Punkte wurden an den Schmierfettproben ermittelt. Die Tabelle 4 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit-Tiefrillenkugellager (6204)
Durch Kugelstrahlen wurde Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße der Nr. 100 (Teilchendurchmesser: 106 bis 149 μm) auf die Laufbahnoberfläche des Außenrings des Tiefrillenkugellagers (6204) mit einem Druck von 0,2 MPa über etwa 20 s gesprüht, wobei Eintiefungen mit einer Tiefe von 2 μm bis 3 μm auf der Laufbahnoberfläche des Außenrings gebildet wurden. Dadurch wurden Testlager erhalten.
0,0235 g (etwa 0,5 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe der einzelnen Beispiele 10 bis 13 und der Vergleichsbeispiele 13 bis 17 wurden in die einzelnen Testlager zur Applikation der einzelnen Schmierfettproben auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung wurde darauf angebracht. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Während eine axiale Last von 670 N und eine radiale Last von 67 N auf die Testlager ausgeübt wurde, wurden die Testlager in einer Atmosphäre normaler Temperatur mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 10000 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 350.000.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit-Schrägkugellager
Durch Kugelstrahlen wurde das Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße der Nr. 100 (Teilchendurchmesser: 106 bis 149 μm) auf die Laufbahnoberfläche des Außenrings des Schrägkugellagers (Außendurchmesser 150 mm × Innendurchmesser 100 mm, Innen- und Außenringe: SUJ2, Wälzkörper: Siliciumnitridkugeln, 13/32 inch) mit einem Druck von 0,2 MPa über etwa 20 s gesprüht, wobei Eintiefungen mit einer Tiefe von 2 μm bis 3 μm auf der Laufbahnoberfläche des Außenrings gebildet wurden. Dadurch wurden Testlager erhalten.
3,0 g (etwa 10 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe der einzelnen Beispiele 11 und Vergleichsbeispiele 13, 14 oder 16 wurden in die einzelnen Testlager zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontakt abdeckung wurde darauf angebracht. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Jedes Testlager wurde durch Kühlen des Außenzylinders desselben unter Ausüben eines konstanten Drucks von 1,8 GPa auf dieses gekühlt. Während die Temperatur des Außenrings der einzelnen Lager bei nicht mehr als 50°C gehalten wurde, wurde jedes Lager mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 14500 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 1.850.000. Die Tabelle 4 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Die Tabelle 4 zeigt, dass es bei dem für das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Schmierfett günstig ist, wenn (1) Schmierfett das Gemisch aus dem Harnstoff-Schmierfett und dem Nichtharnstoff-Schmierfett ist, der Verdicker des Harnstoff-Schmierfetts durch die Reaktion zwischen der Polyisocyanatkomponente und der Monoaminkomponente erhalten wird und die Monoaminkomponente nicht weniger als 50 Mol-% an mindestens einem Monoamin, das aus dem aliphatischen Monoamin und dem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, bezogen auf die gesamten Monoamine, enthält; wenn (2) als der Verdicker auf Nichtharnstoffbasis der Verdicker auf Seifenbasis verwendet wird; wenn (3) das Grundöl eine kinematische Viskosität von 15 bis 40 mm²/s bei 40°C aufweist und aus dem synthetischen Kohlenwasserstofföl, dem Esteröl oder dem Alkyldiphenyletheröl oder Ölgemischen dieser öle besteht. Es ist ferner günstig, wenn (4) die Eintiefungsbearbeitung auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Rolloberfläche des Innenrings des Wälzlagers für hohe Geschwindigkeit, der Rolloberfläche des Außenrings desselben und der Oberfläche der Wälzkörper ausgewählt ist, ausgewählt ist, durchgeführt wird.
Beispiele 14 bis 17
Das Harnstoff-Schmierfett und das Nichtharnstoff-Schmierfett, die in Tabelle 3 angegeben sind, wurden in den in Tabelle 5 angegebenen Verhältnissen miteinander gemischt, wobei Schmierfettproben erhalten wurden. Der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest und der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit wurden an den Schmierfettproben durchgeführt, um den Zentrifugenölabsonderungsgrad und die Gebrauchsdauer der einzelnen Schmierfette zu ermitteln. Die Tabelle 5 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Vergleichsbeispiele 18 bis 24
Das Harnstoff-Schmierfett oder das Nichtharnstoff-Schmierfett (in Vergleichsbeispiel 24 wurden sowohl Harnstoff-Schmierfett als auch Nichtharnstoff-Schmierfett verwendet), die in Tabelle 5 angegeben sind, wurde als Schmierfettprobe verwendet. Denen des Beispiels 14 ähnliche Punkte wurden an den Schmierfettproben ermittelt. Die Tabelle 5 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit-Tiefrillenkugellager (6204)
In den Beispielen 14, 17 und den Vergleichsbeispielen 18, 19 wurden unter Verwendung eines Kupfercyanid-Plattierungsbads (Kupfer(I)-cyanid, Natriumcyanid, Kaliumhydroxid, 10 bis 60°C) die Außenoberfläche des Innenrings und die Innenoberfläche des Außenrings der einzelnen Tiefrillenkugellager (6204) metallplattiert, wobei Testlager hergestellt wurden. Die Dicke des durch Plattieren ausgebildeten Films betrug etwa 20 μm. Bei den Beispielen 15 und 16 wurden nach dem Verdünnen von 7,36 g Trikresylphosphat mit 2-Propanol zur Herstellung einer Lösung des Trikresylphosphats mit einem Volumen von 200 ml die Innen- und Außenringe des Tiefrillenkugellagers (6204) 2 h in diese Lösung mit 60°C zur Bildung eines Metallphosphatsalzfilms auf den Oberflächen der Innen- und Außenringe getaucht. Auf diese Weise wurden Testlager hergestellt. Bei den Vergleichsbeispielen 20 bis 24 wurden die Tiefrillenkugellager (6204), die keinen darauf ausgebildeten Film aufwiesen, als Testlager verwendet.
0,0235 g (etwa 0,5 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der einzelnen Schmierfettproben, die in Tabelle 5 angegeben sind, wurden in die einzelnen Testlager zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Während eine axiale Last von 670 N und eine radiale Last von 67 N auf die Testlager ausgeübt wurde, wurden die Testlager in einer Atmosphäre normaler Temperatur mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 10000 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 340.000.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit-Schrägkugellager
In den Vergleichsbeispielen 18 und 19 wurden unter Verwendung des Kupfercyanid-Plattierungsbads (Kupfer(I)-cyanid, Natriumcyanid, Kaliumhydroxid, 5 bis 60°C) die Außenoberfläche des Innenrings und die Innenoberfläche des Außenrings der einzelnen Schrägkugellager (Außendurchmesser 150 mm × Innendurchmesser 100 mm, Innen- und Außenringe: SUJ2, Wälzkörper: Siliciumnitridkugeln) 13/32 inch) metallplattiert, wobei Testlager hergestellt wurden. Die Dicke des durch Plattieren ausgebildeten Films betrug etwa 20 μm. Bei Beispiel 15 wurde nach dem Verdünnen 7,36 g Trikresylphosphat mit 2-Propanol zur Herstellung einer Lösung des Trikresylphosphats mit einem Volumen von 200 ml die Innen- und Außenringe des Schrägkugellagers gleich dem oben beschriebenen 2 h in diese Lösung mit 60°C zur Bildung eines Metallphosphatsalzfilms auf den Oberflächen des Innen- und Außenrings getaucht. Auf diese Weise wurden Testlager hergestellt. Bei den Vergleichsbeispielen 20 und 22 wurden Schräggkugellager gleich dem oben beschriebenen, die keinen darauf ausgebildeten Film aufwiesen, als Testlager verwendet.
3,0 g (etwa 10 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettproben, die in Tabelle 5 angegeben sind, wurden in diese einzelnen Testlager zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberflächen derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager präpariert. Jedes Testlager wurde durch Kühlen des Außenzylinders desselben unter Ausüben eines konstanten Drucks von 1,8 GPa auf diese gekühlt. Während die Temperatur des Außenrings der einzelnen Lager bei nicht mehr als 50°C gehalten wurde, wurden die einzelnen Lager mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 14500 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 1.850.000.
Die Tabelle 5 zeigt, dass es bei dem in das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit eingebrachten Schmierfett günstig ist, wenn (1) das Schmierfett das Gemisch aus dem Harnstoff-Schmierfett und dem Nichtharnstoff-Schmierfett ist, der Verdicker des Harnstoff-Schmierfetts durch die Reaktion zwischen der Polyisocyanatkomponente und der Monoaminkomponente erhalten wird und die Monoaminkomponente nicht weniger als 50 Mol-% an mindestens einem Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, bezogen auf die gesamten Monoamine, enthält; wenn (2) als der Verdicker auf Nichtharnstoffbasis der Verdicker auf Seifenbasis verwendet wird; und wenn (3) das Grundöl eine kinematische Viskosität von 15 bis 40 mm²/s bei 40°C aufweist. Die Tabelle 5 zeigt auch, dass es günstig ist, wenn (4) die Filmbehandlung auf der Oberfläche des Lagerrings des Lagers durchgeführt wird.
Beispiele 18 bis 21 und Vergleichsbeispiel 25
Unter Verwendung der in Tabelle 6 angegebenen Schmierfettproben wurden der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest und der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Tiefrillenkugellager (6204) durchgeführt. Die Tabelle 6 zeigt den Zentrifugenölabsonderungsgrad und die Gebrauchsdauer des Schmierfetts. Der Käfig, der in diesem Fall für das Tiefrillenkugellager (6204) verwendet wurde, war ein PA-Harz-Käfig (25 Gew.-% PA66 + GF waren enthalten), der einer des in 5 gezeigten Schnapptyps war und einen im Taschenbereich ausgebildeten konkaven Ölbevorratungsbereich aufwies und in allen Bereichen, einschließlich des Randes des konkaven Bereichs, der mit den Kugeln in Kontakt kam abgeschrägt war.
Beispiel 19 und Vergleichsbeispiel 25 Unter Verwendung der in Tabelle 6 angegebenen Schmierfettproben wurden der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest und der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Schrägkugellager durchgeführt. Die Tabelle 6 zeigt den Zentrifugenölabsonderungsgrad und die Gebrauchsdauer des Schmierfetts. Der Käfig, der in diesem Fall für das Schrägkugellager verwendet wurde, war der aus einem Phenolharz bestehende, in 3 gezeigte, spanend bearbeitete Käfig, der den an vier Ecken des Taschenbereichs ausgebildeten konkaven Entspannungsbereich aufwies, wobei der konkave Ölbevorratungsbereich an beiden axialen Enden des Taschenbereichs und Ränder der konkaven Bereiche abgeschrägt waren.
Vergleichsbeispiele 26 und 28
Unter Verwendung der in Tabelle 6 angegebenen Schmierfettproben wurden der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest, der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Tiefrillenkugellager (6204) und der Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Schrägkugellager durchgeführt. Die Tabelle 6 zeigt den Zentrifugenölabsonderungsgrad und die Gebrauchsdauer des Schmierfetts.
Vergleichsbeispiele 27 und 29
Unter Verwendung der in Tabelle 6 angegebenen Schmierfettproben wurden der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest und der im folgenden angegebene Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Tiefrillenkugellager (6204) durchgeführt. Die Tabelle 6 zeigt den Zentrifugenölabsonderungsgrad und die Gebrauchsdauer des Schmierfetts.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Tiefrillenkugellager (6204)
0,0235 g (etwa 0,5 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe der Beispiele 18 bis 21 und der Vergleichsbeispiele 25 bis 29 wurden in die einzelnen Tiefrillenkugellager (6204) zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Während eine axiale Last von 670 N und eine radiale Last von 67 N auf die Testlager ausgeübt wurde, wurden die Testlager in einer Atmosphäre normaler Temperatur mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 10000 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 350.000.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Schrägkugellager
3,0 g (etwa 10 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe des Beispiels 19 und der Vergleichsbeispiele 25, 26 oder 28 wurden in die einzelnen Schrägkugellager (Außendurchmesser 150 mm × Innendurchmesser 100 mm, Innen- und Außenringe: SUJ2, Wälzkörper: Siliciumnitridkugeln, 13/32 inch) zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager präpariert. Jedes Testlager wurde durch Kühlen des Außenzylinders desselben unter Ausüben eines konstanten Drucks von 1,8 GPa auf diese gekühlt. Während die Temperatur des Außenrings der einzelnen Lager bei nicht mehr als 50°C gehalten wurde, wurden die einzelnen Lager mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 14500 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 1.850.000.
Die Tabelle 6 zeigt, dass es bei dem in das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit eingebrachten Schmierfett günstig ist, wenn (1) das Schmierfett das Gemisch aus dem Harnstoff-Schmierfett und dem Nichtharnstoff-Schmierfett ist, der Verdicker des Harnstoff-Schmierfetts durch die Reaktion zwischen der Polyisocyanatkomponente und der Monoaminkomponente erhalten wird und die Monoaminkomponente nicht weniger als 50 Mol-% an mindestens einem Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, bezogen auf die gesamten Monoamine, enthält; wenn (2) als der Verdicker auf Nichtharnstoffbasis der Verdicker auf Seifenbasis verwendet wird; und wenn (3) das Grundöl eine kinematische Viskosität von 15 bis 40 mm²/s aufweist. Die Tabelle 6 zeigt auch, dass es günstig ist, wenn (4) der konkave Ölbevorratungsbereich und der konkave Entspannungsbereich an dem Taschenbereich des aus Harz bestehenden Käfigs des Lagers ausgebildet sind und abgeschrägt sind.
Beispiele 22 bis 25
Das Harnstoff-Schmierfett und das Nichtharnstoff-Schmierfett, die in Tabelle 3 angegeben sind, wurden in den in Tabelle 7 angegebenen Anteilen miteinander gemischt, wobei Schmierfettproben erhalten wurden. Der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest wurde an den Schmierfettproben durchgeführt, um den Zentrifugenölabsonderungsgrad derselben zu ermitteln. Die erhaltenen Schmierfettproben wurden jeweils in die Wälzlager eingebracht, die wie im folgenden angegeben mit einem ölabweisenden Mittel behandelt wurden. Der Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit wurde an den Schmierfettproben durchgeführt, um die Gebrauchsdauer der einzelnen Schmierfette zu ermitteln. Die Tabelle 7 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Vergleichsbeispiel 30
Das in Tabelle 7 angegebene Harnstoff-Schmierfett wurde als Schmierfettprobe verwendet. Der im vorhergehenden beschriebenen Zentrifugenölabtrennungstest wurde an der Schmierfettprobe durchgeführt, um den Zentrifugenölabsonderungsgrad derselben zu ermitteln. Die erhaltene Schmierfettprobe wurde in das Wälzlager eingebracht, das mit dem ölabweisenden Mittel wie im folgenden angegeben, behandelt wurde. Der Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit wurde an der Schmierfettprobe durchgeführt, um die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Die Tabelle 7 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Vergleichsbeispiele 31 bis 34
Das Harnstoff-Schmierfett oder das Nichtharnstoff-Schmierfett, die in Tabelle 7 angegeben sind, wurden als Schmierfettproben verwendet. Der im vorhergehenden beschriebene Zentrifugenölabtrennungstest wurde an den Schmierfettproben durchgeführt, um den Zentrifugenölabsonderungsgrad derselben zu ermitteln. Die erhaltenen Schmierfettproben wurden jeweils in Wälzlager eingebracht, die nicht mit dem ölabweisenden Mittel behandelt wurden. Der Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit wurde an den Schmierfettproben durchgeführt, um die Gebrauchsdauer der einzelnen Schmierfette zu ermitteln. Die Tabelle 7 zeigt die ermittelten Ergebnisse.
Behandlung mit ölabweisendem Mittel
Wälzlager wurden hergestellt (Tiefrillenkugellager mit den Abmessungen: Außendurchmesser 47 mm × Innendurchmesser 20 mm × Breite 14 mm, Schrägkugellager mit den Abmessungen: Außendurchmesser 150 mm × Innendurchmesser 100 mm × Breite 24 mm), wobei ein wasserabweisendes und ölabweisendes Behandlungsmittel auf Fluorbasis (”Rain guard”, hergestellt von LION Corporation) auf die Oberfläche des Dichtelements auf der Innenseite des Lagers appliziert und 1 h bei Raumtemperatur getrocknet wurde.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Tiefrillenkugellager (6204)
0,0235 g (etwa 0,5 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe der Beispiele 22 bis 25 und der Vergleichsbeispiele 30 bis 34 wurden in die einzelnen Tiefrillenkugellager (6204) zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Während eine axiale Last von 670 N und eine radiale Last von 67 N auf die Testlager ausgeübt wurde, wurden die Testlager in der Atmosphäre normaler Temperatur mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 10000 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 340.000.
Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit an Schrägkugellager
3,0 g (etwa 10 Vol.-% des gesamten Lagerzwischenraums) der Schmierfettprobe des Beispiels 23 und der Vergleichsbeispiele 30, 31 oder 33 wurden in die einzelnen Schrägkugellager (Außendurchmesser 150 mm × Innendurchmesser 100 mm, Innen- und Außenringe: SUJ2, Wälzkörper: Siliciumnitridkugeln, 13/32 inch) zur Applikation der Schmierfettprobe auf die Rolloberfläche derselben eingebracht. Eine Nichtkontaktabdeckung erfolgte. Dadurch wurden Testlager hergestellt. Die einzelnen Testlager wurden durch Kühlen des Außenzylinders derselben unter Ausüben eines konstanten Drucks von 1,8 GPa auf diese gekühlt. Während die Temperatur des Außenrings der einzelnen Lager bei nicht mehr als 50°C gehalten wurde, wurden die einzelnen Lager mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 14500 Umin^–1 rotiert, um den Zeitraum bis zum Auftreten eines Festfressens als die Gebrauchsdauer des Schmierfetts zu ermitteln. Der dmN-Wert, der das Produkt des Teilkreisdurchmessers (mm) der einzelnen Lager und der Umdrehungen pro Minute (Umin^–1) derselben ist, betrug bei dem Haltbarkeitstest 1.850.000.
Die Tabelle 7 zeigt, dass das Schmierfett ein Gemisch aus dem Harnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis als den Verdicker enthält, und dem Nichtharnstoff-Schmmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, ist; dass die Verbindung auf Harnstoffbasis durch die Reaktion zwischen der Polyisocyanatkomponente und der Monoaminkomponente erhalten wird; dass das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit, in das das Schmierfett, in dem die Monoaminkomponente nicht weniger als 50 Mol-% an mindestens einem Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, bezogen auf die gesamten Monoamine, enthält, eingebracht ist, eine hervorragende Gebrauchsdauer in dem Schmierfetttest bei normaler Temperatur und hoher Geschwindigkeit zeigt. Die Tabelle 7 zeigt auch, dass es günstig ist, wenn der wasserabweisende und ölabweisende Film auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, die mit dem Schmierfett in Kontakt kommt, ausgebildet ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das Schmierfett gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Hochgeschwindigkeitslager, das das vorgegebene Harnstoff-Schmierfett und Nichtharnstoff-Schmierfett enthält, ist in das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung eingebracht bzw. in diesem eingeschlossen. Daher ist es möglich, die Haltbarkeitsdauer des Lagers, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, zu verbessern. Ferner sind (1) Eintiefungen auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Rolloberfläche des Innenrings, der Rolloberfläche des Außenrings und der Oberfläche des Wälzkörpers ausgewählt ist, ausgebildet; (2) der Film auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Außenoberfläche des Innenrings, der Innenoberfläche des Außenrings und der Oberfläche der Wälzkörper ausgewählt ist, ausgebildet; (3) ein konkaver Ölbevorratungsbereich und ein konkaver Entspannungsbereich an dem Taschenbereich des Käfigs ausgebildet und die Ränder der konkaven Bereiche abgeschrägt; und (4) der wasserabweisende und ölabweisende Film auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, die mit dem Schmierfett in Kontakt kommt, ausgebildet. Daher ist es möglich, die Haltbarkeitsdauer des Lagers, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit rotiert, weiter zu verbessern.
Daher kann das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als Wälzlager verwendet werden, die in einen die Hauptwelle abstützenden Teil einer Werkzeugmaschine, wie einer Drehbank, einer Bohrmaschine, einer Ausbohrmaschine, eines Mahlwerks, einer Schleifvorrichtung, einer Honmaschine, einer Superhochglanzbearbeitungsmaschine und einer Läppmaschine, die mit hoher Geschwindigkeit gleiten und rotieren, eingebaut werden. Im Gegensatz zu einem Öl-Luft-Schmierverfahren mit fortlaufender Zufuhr von Schmieröl kann das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung durch Einbringen bzw. Einschließen des Schmierfetts in dieses verwendet werden. Daher ist es möglich, die Betriebskosten und Raum zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schmierfett (8) für ein Hochgeschwindigkeitslager, das einer Rotation hoher Geschwindigkeit der Höhe eines dmN-Werts von nicht weniger als 1700000 in ausreichender Weise gewachsen ist und wodurch eine Werkzeugmaschine kompakt hergestellt werden kann und die Betriebskosten verringert werden können, sowie ein Wälzlager für hohe Geschwindigkeit. Das Schmierfett umfasst ein Harnstoff-Schmierfett, das eine Verbindung auf Harnstoffbasis als Verdicker desselben enthält, und ein Nichtharnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, das mit dem Harnstoff-Schmierfett vermischt ist. Die Verbindung auf Harnstoffbasis wird durch eine Reaktion zwischen einer Polyisocyanatkomponente und einer Monoaminkomponente erhalten. Die Monoaminkomponente enthält mindestens ein Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, mit einem Anteil von nicht weniger als 50 Mol-% an der Gesamtmenge der Monoamine. Das Wälzlager für hohe Geschwindigkeit (1) weist einen Innenring (2), einen Außenring (3), mehrere Wälzkörper (4), die zwischen den Innenring (2) und den Außenring (3) eingefügt sind, und ein Dichtelement (6) auf. Das Schmierfett (8) ist an Umfangsbereichen der Wälzkörper (4) eingebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2000-169872 [0011]
- JP 2003-83341 [0011]
- JP 2006-29473 [0011]

Claims

Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager, das ein Harnstoff-Schmierfett, das eine Verbindung auf Harnstoffbasis als Verdicker desselben enthält, und ein Nichtharnstoff-Schmierfett, das die Verbindung auf Harnstoffbasis nicht enthält, das mit dem Harnstoff-Schmierfett vermischt ist, umfasst, wobei die Verbindung auf Harnstoffbasis durch eine Reaktion zwischen einer Polyisocyanatkomponente und einer Monoaminkomponente erhalten wird, wobei die Monoaminkomponente mindestens ein Monoamin, das aus einem aliphatischen Monoamin und einem alicyclischen Monoamin ausgewählt ist, mit einem Anteil von nicht weniger als 50 Mol-% an der Gesamtmenge des Monoamins enthält.
Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, wobei der Verdicker des Nichtharnstoff-Schmierfetts eine Metallseife oder Natriumterephthalamat ist und der Mischungsanteil des Verdickers an der Gesamtmenge des Nichtharnstoff-Schmierfetts 10 bis 40 Gew.-% beträgt.
Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 2, wobei die Metallseife eine Amidmetallseife oder eine Mischamidmetallseife mit einer Amidbindung in den Molekülen derselben ist.
Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 3, wobei Metalle der Amidmetallseife oder Metalle der Mischamidmetallseife Natrium, Calcium, Aluminium, Zink oder Barium sind.
Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, wobei das Grundöl des Harnstoff-Schmierfetts und das des Nichtharnstoff-Schmierfetts eine kinematische Viskosität von 15 bis 40 mm²/s aufweisen.
Schmierfett für ein Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 5, wobei das Grundöl des Harnstoff-Schmierfetts mindestens ein Öl ist, das aus einem synthetischen Kohlenwasserstofföl, Esteröl und Alkyldiphenyletheröl ausgewählt ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit, das eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Welle abstützt, wobei das Wälzlager einen Innenring, einen Außenring, mehrere zwischen den Innenring und den Außenring eingefügte Wälzkörper, einen die Wälzkörper haltenden Käfig und ein Dichtelement, das die Öffnung eines zwischen dem Innenring und dem Außenring befindlichen Zwischenraums bedeckt, umfasst, wobei Schmierfett an Umfangsbereichen der Wälzkörper eingebracht ist und ein Schmierfett nach Anspruch 1 ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, wobei eine Eintiefungsbearbeitung an mindestens einer Oberfläche, die aus der Rolloberfläche des Innenrings, der Rolloberfläche des Außenrings und der Oberfläche der Wälzkörper ausgewählt ist, durchgeführt wird.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 8, wobei die Eintiefungsbearbeitung durch Kugelstrahlen durchgeführt wird und die Tiefen von Eintiefungen, die auf jeder dieser Oberflächen durch die Bearbeitung gebildet werden, 0,1 bis 10 μm ausgehend von den Oberflächen betragen.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, wobei ein Film auf mindestens einer Oberfläche, die aus der Außenoberfläche des Innenrings, der Innenoberfläche des Außenrings und der Oberfläche der einzelnen Wälzkörper ausgewählt ist ausgebildet ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 10, wobei der Film durch eine Metallplattierungsbehandlung oder Phosphorsäurefilmbehandlung gebildet wird.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, wobei der Käfig den Wälzkörper in einem Taschenbereich hält, ein konkaver Bereich auf der Innenoberfläche des Taschenbereichs ausgebildet ist und mindestens ein Rand des konkaven Bereichs abgeschrägt ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 12, wobei der konkave Bereich ein Ölbevorratungsbereich oder ein Entlastungsbereich ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, wobei der Käfig aus einem Harz besteht.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 14, wobei das für den Käfig verwendete Harz ein Polyamidharz, Phenolharz oder Polyetheretherketonharz ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, wobei ein wasserabweisender und ölabweisender Film auf mindestens einem Teil der Innenoberfläche des Lagers, der mit dem Schmierfett in Kontakt kommt, ausgebildet ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 16, wobei der wasserabweisende und ölabweisende Film auf (1) einem Teil der Oberfläche des Dichtelements auf der Innenseite des Lagers und/oder (2) der Innenoberfläche des Außenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche desselben und der Oberfläche des Dichtelements auf der Innenseite des Lagers und/oder (3) der Außenoberfläche des Innenrings mit Ausnahme der Laufbahnoberfläche desselben und der Oberfläche des Dichtelements auf der Innenseite des Lagers und/oder (4) der Oberfläche des Käfigs mit Ausnahme der Kontaktoberfläche desselben, die mit den Wälzkörpern in Kontakt kommt, ausgebildet ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 16, wobei der wasserabweisende und ölabweisende Film durch Verwendung einer Verbindung auf Siliciumbasis oder einer Verbindung auf Fluorbasis gebildet wird.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 18, wobei die Verbindung auf Siliciumbasis ein Siloxan ist und die Verbindung auf Fluorbasis ein Fluoralkylsilan ist.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, das die Hauptwelle einer Werkzeugmaschine abstützt.
Wälzlager für hohe Geschwindigkeit nach Anspruch 7, wobei dies ein Schrägkugellager oder ein Zylinder rollenlager ist.