DE20012309U1 - Spritzgusskörper zur Halterung von Walzkörpern oder zur Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden Teiles - Google Patents
Spritzgusskörper zur Halterung von Walzkörpern oder zur Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden TeilesInfo
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Description
Beschreibung
Spritzgusskörper zur Halterung von Wälzkörpern oder zur Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden Teiles
Die Erfindung betrifft Spritzgusskörper zur Halterung von Wälzkörpern oder zur Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden Teiles wobei die Geometrien korrespondierend zueinander und die Abmessungen der Halterung, des Lagers oder der Führung größer als die der Wälzkörper oder des bewegenden Teiles ausgebildet sind.
Lagerkomponenten wie z.B. Lagerkäfige oder Führungen unterliegen speziellen Anforderungen. Herkömmliche Werkstoffe wie Stahlbleche oder Phenol/Formaldehyd- Formstoffe besitzen gegenüber modernen Verbundwerkstoffen Nachteile in Form niedriger chemischer Beständigkeit in aggressiven Medien, relativ hoher Reibungszahlen und schlechteren Notlaufeigenschaften.
Eine Alternative bilden hochtemperaturbeständige Kunststoffe mit speziellen Füllstofrkombinationen. Für den Einsatz in Lagern z.B. für Drehzahlen über 20 000 min"1 müssen bestimmte thermische und reibungstechnische Eigenschaften garantiert werden, die durch den Einsatz von Kunststoffen mit aromatischen Gruppen in den Monomer- Bausteinen erfüllt werden. Eine Modifizierung mit bestimmten Zusätzen erlaubt eine noch bessere Anpassung an das jeweilige Anforderungsprofil.
In ersten Ausfuhrungsformen bekannter Lösungen sind Schichten auf den die Form bestimmenden Stützkörpern aufgebracht. Derartige Lösungen sind unter anderem in DE Gbm 88 17 149 Ul (Lagerbuchse), EP 0 163 937 Al (Lagermaterial und Herstellungsverfahren eines PTFE-Bandes zur Imprägnierung einer porösen Metallmatrix), EP 0 307 112 A2 (Geflochtenes Lager, geflochtene Lagereinheit und Herstellungsverfahren), EP 0 354 957 Al (Lagermaterial und Kunststofflager) und EP 0 373 529 A2 (Verfahren zur Herstellung eines nichtmetallischen, faserverstärkten Stangenendlagers) aufgeführt. Derartige Lösungen erfordern in ihrer Herstellung zwei grundsätzliche Herstellungsschritte in Form der Herstellung des Stützkörpers und
der Beschichtung dessen.
In der DE OS 40 41 068 Al (Käfig für Wälzlager) besteht der Käfig aus einem vernetzten Polyphenylensulfidharz, das zusätzlich einen Faserverstärkungsstoff aufweist. Ein derartiger Käfig besitzt aber insbesondere Nachteile hinsichtlich seiner Gleiteigenschaften und seiner Wärmebeständigkeit. Besonders durch den ersten Sachverhalt ergeben sich Nachteile während des Einsatzes eines derartigen Käfigs.
Die DE OS 37 18 693 Al (Buchsenförmiges Spritzguss- Bauteil, insbesondere Wälzlagerkäfig) beschreibt insbesondere die Lage und Verteilung der Öffnungen zum Einspritzen des Kunststoffes zur Herstellung des Wälzlagerkäfigs.
In der DE OS 43 11 294 Al (Käfig für ein Radial- Wälzlager) wird der Käfig durch ein zusätzliches Bauteil in Form eines Verstärkungsringes ergänzt, so dass wiederum ein zusätzlicher Herstellungsschritt notwendig ist.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Körper als ersten Teil eines Lagers oder einer Führung für ein sich bewegenden zweiten Teil zu schaffen, der unter anderem eine hohe mechanische Festigkeit und günstige tribologische Eigenschaften aufweist.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Spritzgusskörper zur Halterung von Wälzkörpern oder zur Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden Teiles zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe mechanische Festigkeit und günstige tribologischen Eigenschaften aus. Dabei handelt es sich selbst um einen Körper, der gleichzeitig ein Teil des Lagers oder der Führung darstellt. Die Spritzgusskörper bestehen vorteilhafterweise aus einem Werkstoff der Familie der PoIyaryletherketone, die sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften wie Streckspannung, Kriechneigung, Schwingfestigkeit u.a. auch bei hohen Temperaturen ohne Einschränkung auszeichnen. Diese Werkstoffe stellen die thermisch und mechanisch am höchsten belastbaren
thermoplastischen Kunststoffe dar.
Unverstärkte Polyaryletherketone besitzen eine ausgewogene Kombination von Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit, sowie ein gutes Gleitreibverhalten. Diese guten mechanischen Eigenschaften bleiben auch bei hohen Temperaturen erhalten. Die Glastemperatur liegt bei 170 0C und kennzeichnet den Erweichungspunkt des amorphen Bereiches, während der kristalline Bereich erst bei 380 0C erweicht und dadurch die Festigkeiten gewährleistet. Das Langzeitverhalten ist ausgezeichnet, die Kriechneigung ist auch bei hohen Temperaturen sehr gering.
Die Schwingfestigkeit erreicht ein besonders hohes Niveau, wobei oberhalb von 107 Lastwechsel die Spannung nicht mehr abfällt. Mit einer Dauerbiegewechselfestigkeit von 58 N/mm2 ist eine sehr hohe Ermüdungsfestigkeit gegeben.
Die Schmelztemperatur sind die höchsten der thermoplastischen Kunststoffe. Damit liegen auch die Dauergebrauchstemperaturen an oberer Stelle.
Ein besonderer Vorteil ist der kleine Temperaturausdehnungskoeffizient, der nicht wie bei anderen thermoplastischen Kunststoffe mit der Temperatur steigt, sondern bis zu den Glasübergangstemperaturen konstant ist.
Die Polyaryletherketone zeichnen sich weiterhin durch höchste Chemikalienbeständigkeit aus. Das an sich gute tribologische Verhalten wird durch den Zusatz von Polytetrafluorethylen (PTFE), Grafit und Kohlefasern noch wesentlich verbessert.
Die Kohlefasern sind überwiegend nicht in Richtung der Wälzkörper oder des bewegenden Teiles ausgerichtet. Damit ist sowohl die abrasive Wirkung des Spritzgusskörpers als auch der Abrieb geringer. Eine mögliche Zersetzung der Kohlefasern in Kohle ist gleichfalls geringer.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 bis 5 angegeben.
Ein vorteilhafte Zusammensetzung des Spritzgusskörpers ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 2 Polyetheretherketon mit von einschließlich 5% bis einschließlich 25% Kohlefasern, von einschließlich 5% bis einschließlich 10% Grafit und von einschließlich 5% bis einschließlich 15% Polytetrafluorethylen.
Kurzfasern nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 3 verteilen sich besser im Spritzgusskörper. Das ist insbesondere fiir dünnwandige Bestandteile des Spritzgussskörpers besonders vorteilhaft.
Der Spritzgusskörper ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 4 vorteilhafterweise ein Käfig, der der sicheren Führung für Kugeln, Nadeln, Zylinder-, Kegel- oder Tonnenrollen als Wälzkörper dient. Weiterhin wird durch den Käfig das gegenseitige Berühren der Wälzkörper vermieden. Mit der Möglichkeit den Werkstoff zu spritzen, sind leicht die unterschiedlichsten Geometrien realisierbar. Die Abmessungen der Käfige richten sich nach
- der Bauform des Wälzlagers,
- der Größe des Wälzlagers,
- der Form der Wälzkörper,
- der Größe der Wälzkörper und
- der Anzahl der Wälzkörper.
Mit der Ausgestaltung als Spritzgusskörper ergibt sich nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 5 der Vorteil, dass der Körper selbst als Teil eines Radial-, eines Axial-, eines Los-, eines Stütz-, eines Festlagers oder einer Führung ausbildbar ist. Damit sind diese Teile sehr leicht und ökonomisch in großen Stückzahlen herstellbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch sehr kleine Teile realisierbar sind.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.
Ein Spritzgusskörper ist entweder als Wälzkörperkäfig oder als ein Teil eines Radial-, eines Axial-, eines Los-, eines Stütz-, eines Festlagers oder einer Führung. Damit ist der Spritzgusskörper selbst Körper eines Lagers und nicht eine Schicht auf dem Körper. Der Wälzkörperkäfig dient der sicheren Führung von Wälzkörpern, die als Kugeln, Nadeln, Zylinder-, Kegel- oder Tonnenrollen ausgebildet sind. Der Wälzkörperkäfig ist im Querschnitt ein Kreisring und besitzt entsprechend der Anzahl der Wälzkörper Öffnungen. Diese fassen die Wälzkörper wenigstens teilweise ein. Die Abmessungen der Öffnungen sind größer als die
korrespondierend dazu angeordneten Abmessungen der Wälzkörper. Der Teil des Lagers dient der Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden Teiles. Die Abmessungen des sich bewegenden Teiles sind kleiner als die korrespondierend dazu angeordneten oder sich während der Bewegung einstellenden Teiles des Lagers. Der Spritzgusskörper besteht aus thermoplastischen Polyimid oder Polyetheretherketon jeweils mit von einschließlich 5% bis einschließlich 25% Kohlefasern, von einschließlich 5% bis einschließlich 10% Grafit und von einschließlich 5 bis einschließlich 15% Polytetrafluorethylen (PTFE). Eine günstige Ausfuhrungsform des Polyetheretherketons weist 10% Kohlefasern, 10% Grafit und 10% Polytetrafluorethylen auf.
Polyaryletherketone weisen die allgemeine Struktur
Polyaryletherketone weisen die allgemeine Struktur
O -
auf. Die Phenylringe werden in einer Kette (thermoplastischer Kunststoff) durch O
Keto-Gruppen ( - C -) und Ether- Gruppen (- O -) abwechselnd verbunden. Hierbei bilden die Phenyl- und Keto- Gruppen die starren Einheiten; die Ether- Gruppen bringen den beweglichen Anteil in der Kette.
Die Anordnung der Keto- und der Ether- Gruppen ist variabel steuerbar, so dass thermoplastische Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschafitsniveaus realisierbar sind. Das Verhältnis von Ether- zu Keto- Einheiten bestimmt das gesamte Eigenschaftsniveau. Ein hoher Keto- Anteil erhöht unter anderem Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit; ein hoher Ether- Anteil wirkt umgekehrt.
Bei den Polyetheretherketonen bilden 2 Ether- Gruppen und eine Keto- Gruppe die Grundeinheit.
Die Dichte beträgt 1,3 g/cm3. Die Kristallinität wird bei Temperaturen zwischen 180 und 220 0C erreicht. Die Wasseraumahme beträgt bei Polyetheretherketon in Normalklima 0,15%.
Die Streckspannung liegt bei allen Temperaturen deutlich über der anderer Konstruktionskunststoffe. Durch die eingelagerten Kohlefasern erhöhen sich die Festigkeiten und Steifigkeiten. Allerdings nimmt die Dehnfähigkeit ab, so dass ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Polyetheretherketon und Kohlefasern einzuhalten ist. Für Wälzlagerkäfige ist ein Verhältnis von 10% Kohlefasem besonders vorteilhaft. Die Kohlefasern weisen überwiegend nicht in Richtung der Wälzkörper oder des bewegenden Teiles und sind Kurzfasern. Mit Polytetrafluorethylen und Kohlefasern gefüllter Körper hat eine Reibungszahl von 0,06. Die Schmelztemperatur liegt bei 340 0C.
Grafit und Polytetrafluorethylen sind als Funktionsstoffe zugesetzt.
Grafit und Polytetrafluorethylen sind als Funktionsstoffe zugesetzt.
•·♦♦ ··
Claims (5)
1. Spritzgusskörper zur Halterung von Wälzkörpern oder zur Lagerung und/oder Führung wenigstens eines bewegenden Teiles wobei die Geometrien korrespondierend zueinander und die Abmessungen der Halterung, des Lagers oder der Führung größer als die der Wälzkörper oder des bewegenden Teiles ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzgusskörper aus einem Polyetheretherketon mit Kohlefasern, Grafit und Polytetrafluorethylen besteht und dass die Kohlefasern überwiegend nicht in Richtung der Wälzkörper oder des bewegenden Teiles weisen.
2. Spritzgusskörper nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzgusskörper aus Polyetheretherketon mit von einschließlich 5% bis einschließlich 25% Kohlefasern, von einschließlich 5% bis einschließlich 10% Grafit und von einschließlich 5% bis einschließlich 15% Polytetrafluorethylen besteht.
3. Spritzgusskörper nach den Schutzansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern Kurzfasern sind.
4. Spritzgusskörper nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzgusskörper ein der sicheren Führung für Kugeln, Nadeln, Zylinder-, Kegel- oder Tonnenrollen als Wälzkörper dienender Wälzlagerkäfig ist.
5. Spritzgusskörper nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzgusskörper ein Teil eines Radial-, eines Axial-, eines Los-, eines Stütz-, eines Festlagers oder einer Führung ist.
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