DE60022309T2 - Kugellager und Schmierungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugellager und ein Schmierverfahren desselben, insbesondere, das Kugellager welches widerstandsfähig ist gegen Oberflächenverschleiss, wenn es nicht rotiert und welches Schmiereigenschaften hat, wenn es rotiert, indem es Schmierfette mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet und auf ein Schmierverfahren desselben.
  • Stand der Technik
  • Im Allgemeinen wird ein Kugellager geschmiert durch das Aufbringen von Schmierfett innerhalb des Kugellagers zwischen einer äusseren Laufring 1 und einem inneren Laufring 2, wie in 3 gezeigt, und eine Drehmomentübertragungseigenschaft des Kugellagers und die Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenverschleiss hängen von den Eigenschaften des verwendeten Schmierfetts ab. Als Beispiel, bei der Verwendung eines Spindelmotors für HDD (hard disk drive; Festplattenlaufwerk), der ein tiefes Drehmoment und wenig Lärm abgeben soll, wird hauptsächlich ein zur Schaumbildung neigender Typ von Schmierfett (churning type of grease) mit einer Basisöl-Viskosität von 2535 mm2/s und einer Walk-Penetration von 240270 verwendet. Im Weiteren ist ein Schmierfett dieses Typs in seinen Eigenschaften überlegen die Rolleigenschaften aufrechtzuerhalten, während das Kugellager rotiert.
  • Ein Schmierfett dieses Typs ist jedoch nicht wirkungsvoll zum Schutz der Kontaktoberfläche auf der Innenseite des Kugellagers vor dem Oberflächenverschleiss, der verursacht wird, wenn das Kugellager nicht rotiert. Und im Allgemeinen ist es bekannt, dass ein zur Schaumbildung neigender Typ von Schmierfett (churning type of grease) mit einer Basisöl-Viskosität von 1520 mm2/s und einer Walk-Penetration von 200230 in seinen Widerstandseigenschaften gegen Oberflächenverschleiss, während das Kugellager nicht rotiert, überlegen ist.
  • Dies ist deshalb so, weil auf der einen Seite ein Basisöl mit einer hohen Viskosität leicht von der Kontaktoberfläche zwischen den Kugeln 3 und den Rolloberflächen 1a, 2a verdrängt wird und schwer dazwischen eindringt, ist es nicht wirkungsvoll im Schutz der Kontaktoberfläche, und auf der anderen Seite weil ein Basisöl mit einer tiefen Viskosität so geartet ist, dass es leicht auf die Kontaktoberfläche vordringt und auf der Kontaktoberfläche einen Ölfilm bildet und die Kontaktoberfläche schützt, indem sie vor Oberflächenverschleiss geschützt ist. Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenverschleiss des Kugellagers, während es nicht rotiert, ist erreichbar durch die Anwendung des obigen Öls von einer Viskosität von (1520 mm2/s), aber die Lebensdauer dieser Eigenschaft ist kurz und während der Rotation des Kugellagers wird das Öl durch Bewegung von einer Grenzfläche zerstreut und die Schmierung verliert sich.
  • US 3 212 832 beschreibt Kugellager und ein Verfahren zur Schmierung deren Teile gemäss den Präambeln der Ansprüche 1 und 4. Es werden zwei verschiedene Mittel für die Schmierung von Kreisel-Kugellagern verwendet. Die Stahl-Laufringe und Lagerkugeln werden mit Stearinsäure behandelt um einen im wesentlichen monomolekularen Film aus Eisenstearat zu erhalten. Im Weiteren wird ein zweites Schmierfett, Stearinsäure, in eine Matrix integriert, die den Käfig des Kugellagers bildet.
  • US 4 997 295 beschreibt ein Kugellager, worin der äussere Laufring, der innere Laufring und die Lagerkugeln mit einem Schmiermittelfilm beschichtet werden. Der Schmiermittelfilm ist entweder aus Molybdän-Disulfid oder aus Wolfram-Disulfid gemacht. Der Käfig ist aus geradkettigen Polyphenylenen gemacht und beinhaltet mindestens einen Fluoroplastik.
  • Die vorliegende Erfindung ist unter den obigen Umständen gemacht worden und ein Ziel davon ist es, ein Kugellager zur Verfügung zu stellen, welches beide Eigenschaften hat, eine Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenverschleiss, während es nicht rotiert und eine Schmierung, während es rotiert und ein Verfahren zur Schmierung desselben.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist es dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmierfett zum Schutz einer geschmierten Oberfläche von Laufringen und ein anderes Schmierfett für die Aufrechterhaltung der Schmierung auf einem Käfig, eine Viskosität von einem Basisöl zum Schutz der geschmierten Oberfläche, die kleiner ist, als die eines Basisöls zur Aufrechterhaltung der Schmierung.
  • Durch diese Anordnung ist die im Kugellager gebildete geschmierte Oberfläche geschützt durch das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche und die Schmierung auf der geschmierten Oberfläche wird aufrechterhalten durch das die Schmierung aufrechterhaltende Schmierfett.
  • Durch eine Anordnung als solche kann ein rasches Vordringen des Schmierfetts zum Schutz der geschmierten Oberfläche auf die Kontaktoberflächen der Laufringe gesichert werden, während das Kugellager nicht rotiert, um die geschmierte Oberfläche zu schützen.
  • Gemäss einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung nahe zueinander angeordnet.
  • Durch eine Anordnung als solche kann ein vom Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung getrenntes Schmiermittel rasch auf die geschmierte Oberfläche zugeführt werden.
  • Im Weiteren, gemäss einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche von einem zur Schaumbildung neigenden Typ (churning type) von einer Basisöl-Viskosität von 1520 mm2/s und einer Walk-Penetration von 200230 und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung von einem kanalbildenden Typ (channeling type) von einer Basisöl-Viskosität von 2535 mm2/s und einer Walk-Penetration von 240270.
  • Im Weiteren, gemäss einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche auf den Laufringen angeordnet und ist das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung durch das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche an einem Käfig angeordnet, und die geschmierte Oberfläche wird gebildet, wenn das Kugellager nicht rotiert, und die Schmierung wird aufrechterhalten durch das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung, während das Kugellager rotiert.
  • Durch eine Anordnung als solche kann die geschmierte Oberfläche aufrechterhalten werden durch das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der geschmierten Oberfläche, während das Kugellager rotiert, und die geschmierte Oberfläche ist geschützt durch das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche zur Vermeidung von Oberflächenverschleiss der Kontaktoberfläche, während das Kugellager nicht rotiert.
  • Im Weiteren, gemäss einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung nahe zueinander angeordnet und die Schmierung ist eingerichtet mittels gradueller Zuführung des Schmierfetts zur Aufrechterhaltung der geschmierten Oberfläche, während das Kugellager rotiert, aufrechterhalten zu werden.
  • Durch eine Anordnung als solche, wird das vom Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung getrennte Schmiermittel bei der Rotation auf der geschmierten Oberfläche rasch zugeführt und sogar zur Zeit von einer Hochgeschwindigkeits-Rotation des Kugellagers wird die geschmierte Oberfläche aufrecht erhalten und die Schmierung des Kugellagers kann weitergeführt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist zur Erklärung der Ausführungsform des Kugellagers der vorliegenden Erfindung, insbesondere zum Aufzeigen des im Kugellager gebildeten Schmiermittel-Öl-Films.
  • 2 ist zur Erklärung der Ausführungsform des Kugellagers der vorliegenden Erfindung, insbesondere zum Aufzeigen der Anordnung des Schmierfetts im Kugellager.
  • 3 zeigt das Kugellager als Ganzes.
  • Ausführungsform
  • Eine Ausführungsform eines Kugellagers und eines Schmierverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1~3 erklärt. Erstens wird eine Übersicht über die Ausführungsform des Kugellagers der vorliegenden Erfindung erklärt. Das Kugellager der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet mit, wie in 3 gezeigt einem äusseren Laufring 1 und einem inneren Laufring 2, als Laufteile, einem ringförmigen Käfig 4 zur Unterstützung von einer Mehrheit von rotierenden Kugeln 3, und durch das Einfügen des Käfigs 4 zwischen dem äusseren Laufring 1 und dem inneren Laufring 2 wird eine Mehrheit von Kugeln 3 rollend auf einer Rolloberfläche 1a des äusseren Laufringes 1 und einer Rolloberfläche. 2a des inneren Laufringes 2 gehalten und der äussere Laufring 1 und der innere Laufring 2 relativ voneinander versetzt.
  • Im Weiteren ist das Kugellager der Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, strukturiert um die Innenseite des Kugellagers zu schmieren in einer Weise, dass ein Schmiermittelfilm 7 als Schmiermitteloberfläche auf der Oberfläche der Rolloberflächen 1a, 2a im Kugellager gebildet wird, der Käfig 4 und die Kugeln 3 mit dem Schmierfett 5 aufgetragen auf der Rolloberfläche 1a des äusseren Laufringes 1 (nachfolgend als "Schmierfett A5" bezeichnet) und dem Schmierfett 6 aufgetragen auf dem Käfig 4 (nachfolgend als "Schmierfett B6" bezeichnet).
  • Als nächstes werden Details der Schmierfette A5 und B6 zur Schmierung der Innenseite des Kugellagers erklärt. Da als Schmierfett A5, wie in Tabelle 1 gezeigt, ein sogenannter zur Schaumbildung neigender Typ von Schmierfett verwendet wird, in dem es durch Teilen gerührt wird bei einer Basisöl-Viskosität von 1520 mm2/s (40°C) und einer Walk-Penetration von 200230. Dadurch verhindert das Schmierfett A5 den Oberflächenverschleiss der Kontaktoberfläche, während das Kugellager nicht rotiert, durch rasches Bilden eines Schmiermittelfilms 7 auf der Kontaktoberfläche mit dem Basisöl von niedriger Viskosität, das zwischen die Kugeln und die Rolloberflächen 1a, 2a eingedrungen ist und während das Kugellager rotiert, ist das Rotationsdrehmoment so eingerichtet, dass es reduziert wird, weil das Schmierfett unter einer aufwühlenden Bewegung zerstreut wird und so der Bewegungswiderstand des Schmierfetts kontrolliert wird.
  • Als nächstes wird das Schmierfett B6, das auf dem Käfig 4 aufgebracht wird, erklärt. Da als Schmierfett B6 ein sogenannter kanalbildender Typ von Schmierfett verwendet wird, bei dem, verglichen mit dem Schmierfett A5 wie in Tabelle 1 gezeigt, die Basisöl-Viskosität 2535 mm2/s (40°C) und damit grösser ist als diejenige des Schmierfetts A5, eine Walk-Penetration 240270 und damit härter ist als diejenige des Schmierfetts A5, dadurch ist es mehrlagig eingefügt in einem getrennten Schmiermittel in einer Lücke zwischen den Schichten. Dadurch erhält das Schmierfett B6 eine Zentrifugalkraft durch eine Hochgeschwindigkeitsrotation des Käfigs 4, während das Kugellager rotiert, und durch diese Zentrifugalkraft wird eine kanalbildende Wirkung ausgelöst, die zur allmählichen Trennung des Schmiermittels mit der höheren Viskosität führt und durch das graduelle Zuführen des getrennten Schmiermittels zum Schmiermittelfilm wird die Schmierung des Kugellagers erhalten und weitergeführt.
  • Tabelle 1
    Figure 00080001
  • In einer derartigen Anordnung werden die Funktionen des Kugellagers der vorliegenden Erfindung und des Schmierverfahrens desselben erklärt. Erstens, am Käfig des Kugellagers, löst das auf dem Käfig 4 aufgetragene Schmierfett B6 eine kanalbildende Bewegung aus aufgrund der Zentrifugalkraft bei einer Hochgeschwindigkeitsrotation des Käfigs 4, um das Schmiermittel mit einer grösseren Viskosität zu trennen. Und das Schmierfett B6 erhält den Schmiermittelfilm 7 aufrecht als eine Schmieroberfläche durch ein graduelles Zuführen des getrennten Schmiermittels zum Schmiermittelfilm 7, und kann die Schmierung der Grenzfläche zwischen den Kugeln 3 und den Rolloberflächen 1a, 2a fortsetzen. Im Weiteren ist es durch die Anordnung des Schmierfetts B6 nahe beim Schmierfett A5 möglich, das vom Schmierfett B6 getrennte Schmiermittel rasch dem Schmiermittelfilm 7 zuzuführen und ein Fehlen des Schmiermittelfilms an der Grenzfläche bei der Hochgeschwindigkeitsrotation des Kugellagers zu verhindern. Und es kann der Schmiermittelfilm 7 als Schmiermitteloberfläche aufrechterhalten und die Schmierung der Grenzfläche zwischen den Kugeln und den Rolloberflächen 1a, 2a weitergeführt werden. Im Weiteren wird der Schmiermittelfilm 7, während das Kugellager nicht rotiert, rasch gebildet, da das Schmierfett A5 mit einer kleinen Viskosität zwischen die Rolloberflächen 1a, 2a und die Kugeln 3 eindringt, so dass Oberflächenverschleiss auf der Kontaktoberfläche verursacht durch äussere Vibrationen verhindert werden kann.
  • Wie oben erwähnt wird in der Ausführungsform des Kugellagers der vorliegenden Erfindung das Schmierfett A5 dessen Viskosität klein und das ein zur Schaumbildung neigender Typ von Schmierfett A5 ist am Käfig 4 angeordnet. Entsprechend wirkt das Schmierfett B6, während das Kugellager rotiert, als kanalbildender Typ und das Schmiermittel mit einer grossen Viskosität wird getrennt und graduell dem Schmiermittelölfilm 7 als einer Schmiermitteloberfläche zugeführt, so dass der Schmiermittelölfilm 7 aufrechterhalten und die Schmierung weitergeführt wird. Im Weiteren, da das Schmierfett B6 nahe bei dem Schmierfett A5 angeordnet ist, das Schmiermittel, das vom Schmierfett B6 getrennte Schmiermittel wird rasch dem Schmierfilm 7 zugeführt, insbesondere wird dadurch ein Fehlen des Schmierölfilms 7, während das Lager schnell dreht, verhindert und die Schmierung der Grenzfläche weitergeführt. Im Weiteren, während das Kugellager nicht rotiert, bewirkt das Schmierfett A5 als das Schmiermittel mit kleiner Viskosität, dass es rasch auf die Kontaktoberflächen zwischen den Kugeln 3 und den Rolloberflächen 1a, 2a vordringt und der Schmiermittelfilm 7 als eine Schmiermitteloberfläche gebildet wird, um die Kontaktoberfläche zu schützen und das Kugellager vor Oberflächenverschleiss aufgrund einer Vibration von Aussen während des Stillstandes zu bewahren.
  • Gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberflächen an der Rollfläche des Laufringes angeordnet ist und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung am Käfig angeordnet ist, kann während der Rotation des Lagers das vom Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung getrennte Schmiermittel graduell der Schmieroberfläche zugeführt und die Schmierung weitergeführt werden und während des Stillstandes ist es möglich den Schmierölfilm als eine Schmieroberfläche vor Oberflächenverschleiss zu schützen durch das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche, dadurch ist es möglich ein Kugellager bereitzustellen, welches eine tiefe Vibration und einen tiefen Lärmpegel für eine lange Zeitspanne aufrechterhält.
  • Im Weiteren gemäss einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Basisöl-Viskosität des Schmierfetts zum Schutz der Schmieroberfläche kleiner gewählt wird als diejenige des Schmierfetts zur Aufrechterhaltung der Schmierung, dringt das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche, während das Kugellager nicht rotiert, rasch auf die Kontaktoberflächen zwischen den Kugeln und der Rolloberfläche und bildet den Schmierölfilm, um die Kontaktoberfläche zu schützen und die Bildung von Oberflächenverschleiss aufgrund der Vibration von aussen zu verhindern.
  • Im Weiteren gemäss dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung nahe zueinander angeordnet sind, wird das vom Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung getrennte Schmierfett rasch dem Schmierölfilm als Schmieroberfläche zugeführt zur Aufrechterhaltung des Schmierölfilms und zur Weiterführung der Schmierung an der Grenzfläche.
  • Im Weiteren gemäss dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da der zur Schaumbildung neigende Typ von Schmierfett mit einer Basisöl-Viskosität von 1520 mm2/s und eine Walk-Penetration von 200230 als das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche und der kanalbildende Typ von Schmierfett mit einer Basisöl-Viskosität von 2535 mm2/s und einer Walk-Penetration von 240270 als das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung benutzt werden, bewirkt, während das Kugellager rotiert, das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung eine Kanalbildung und das Schmierfett dessen Basisöl-Viskosität gross ist, wird getrennt. Und durch graduelle Zuführung des Schmiermittels zum Schmierölfilm, wird der Schmierölfilm der Grenzoberfläche erhalten und die Schmierung der Grenzoberfläche wird weitergeführt, dadurch wird ein Kugellager bereitgestellt, welches eine tiefe Vibration und einen tiefen Lärmpegel für eine lange Zeitspanne aufrechterhalten kann. Im Weiteren da während des Stillstandes das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche das Schmiermittel mit kleiner Viskosität rasch auf die Kontaktoberflächen zwischen den Kugeln und den Rolloberflächen vordringen lässt, um den Schmierölfilm zu bilden und die Kontaktoberfläche während des Stillstandes von aussen zu schützen, kann Oberflächenverschleiss verhindert werden.
  • Im Weiteren gemäss einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, da das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche auf der Rolloberfläche des Laufringes angeordnet ist, das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung am Käfig angeordnet ist, wird, während das Kugellager rotiert, wird der Schmierölfilm an der Grenzfläche aufrechterhalten durch das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung, um die Schmierung weiterzuführen, während das Kugellager nicht rotiert, bildet das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche den Schmierölfilm auf der Kontaktfläche zwischen den Kugeln und der Rolloberfläche, um das Kugellager zu schmieren, die Schmierung auf der Grenzfläche kann, während das Kugellager rotiert, weitergeführt werden und, während das Kugellager nicht rotiert, kann der Oberflächenverschleiss der Kontaktfläche verhindert werden.
  • Im Weiteren gemäss dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da das Schmierfett zum Schutz der Schmieroberfläche und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung nahe beieinander angeordnet sind, und das vom Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung getrennte Schmierfett eingerichtet ist, um den Schmierölfilm als eine Schmieroberfläche zu versorgen und die Grenzoberfläche, während das Kugellager rotiert, zu schmieren durch rasches Zuführen des Schmiermittels zum Schmierölfilm der Grenzoberfläche, und auch während schneller Rotation des Kugellagers, wird ein Fehlen des Schmierölfilms verhindert und die Schmierung der Grenzfläche kann weitergeführt werden.

Claims (5)

  1. Ein Kugellager enthaltend ein Schmierfett (A) zum Schutz der geschmierten Oberfläche der Laufringe (1, 2) und ein weiteres Schmierfett (B) zur Aufrechterhaltung der Schmierung auf einem Käfig (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Viskosität eines Basisöls des Schmierfetts (A) zum Schutz der geschmierten Oberfläche tiefer ist als die Viskosität des Basisöls des Schmierfetts (B) zur Aufrechterhaltung der Schmierung.
  2. Ein Kugellager gemäss Anspruch 1, worin das Schmierfett (A) zum Schutz der geschmierten Oberfläche und das Schmierfett (B) zur Aufrechterhaltung der Schmierung nahe zueinander angeordnet sind.
  3. Ein Kugellager nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, worin das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche von einem zur Schaumbildung neigenden Typ (churning type) von einer Basisöl-Viskosität von 1520 mm2/s und einer Walk-Penetration von 200230 ist und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung von einem kanalbildenden Typ (channeling type) von einer Basisöl-Viskosität von 2535 mm2/s und einer Walk-Penetration von 240270 ist.
  4. Ein Verfahren zur Schmierung eines Kugellagers, worin ein Schmierfett (A) zum Schutz der geschmierten Oberfläche der Laufringe (1, 2) angeordnet ist und ein Schmierfett (B) zur Aufrechterhaltung der Schmierung auf einem Käfig (4) angeordnet ist und die geschmierte Oberfläche gebildet wird aus dem Schmierfett (A) zum Schutz der geschmierten Oberfläche und dem Schmierfett (B) zur Aufrechterhaltung der Schmierung bei der Rotation des Kugellagers, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Schmierfette (A; B) benutzt werden, wobei eine Viskosität eines Basisöls des Schmierfetts zum Schutz der geschmierten Oberfläche tiefer ist als die Viskosität des Basisöls des Schmierfetts zur Aufrechterhaltung der Schmierung.
  5. Ein Verfahren zur Schmierung eines Kugellagers gemäss Anspruch 4, worin das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schmierfett zum Schutz der geschmierten Oberfläche und das Schmierfett zur Aufrechterhaltung der Schmierung nahe zueinander angeordnet sind und die Schmierung geeignet aufrecht erhalten wird durch graduelles Zuführen des Schmierfetts zur Aufrechterhaltung der Schmierung der geschmierten Oberfläche bei der Rotation des Kugellagers.
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