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DE102011079125A1 - Cage for a rolling bearing - Google Patents

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DE102011079125A1
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cage
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silver
plastic
layer
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Inventor
Edgar Streit
Patrick Mirring
Rick de Jong
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, umfassend ein Grundkorpus (1) aus einem Kunststoff und eine Außenschicht aus einem Metall. Die Aufgabe, einen mit einer für den Fall einer Mangelschmierung wirksamen Beschichtung versehenen Käfig aus Kunststoff bereitzustellen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Außenschicht (2) aus Silber, Gold oder einer Silber- bzw. Goldlegierung besteht, und dass die Außenschicht (2) durch eine Zwischenschicht (3) aus einem Metall, insbesondere aus Nickel oder einer Nickellegierung, mit dem Grundkorpus (1) verbunden ist.The invention relates to a cage for a rolling bearing, comprising a base body (1) made of a plastic and an outer layer made of a metal. The object of providing a plastic cage provided with a coating which is effective for the case of deficient lubrication is achieved according to the invention in that the outer layer (2) consists of silver, gold or a silver or gold alloy, and in that the outer layer (2) by an intermediate layer (3) made of a metal, in particular of nickel or a nickel alloy, with the base body (1) is connected.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Käfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a cage according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind Käfige zur Führung von Wälzkörpern eines Wälzlagers bekannt, wobei die Käfige vollständig aus einem Kunststoff ausgebildet sind. Derartige Kunststoff-Käfige weisen aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes des Kunststoffs gegenüber beispielsweise Stahl im Vergleich zu Stahl-Käfigen eine geringere Masse sowie ein geringeres Trägheitsmoment auf, so dass die Kunststoff-Käfige für insbesondere schnelldrehende Anwendungen geeignet sind. Cages for guiding rolling elements of a roller bearing are known from the prior art, wherein the cages are completely formed from a plastic. Such plastic cages have due to the low specific weight of the plastic compared to steel, for example, compared to steel cages a lower mass and a lower moment of inertia, so that the plastic cages are particularly suitable for fast-rotating applications.

Es ist weiter bekannt, dass eine dünne Beschichtung aus Silber, Gold, einer Silberlegierung oder einer Goldlegierung einen nur geringen Reibungskoeffizienten aufweist, so dass ein beschichteter Käfig, insbesondere ein bordgeführter Käfig, im Fall einer Mangelschmierung verbesserte Laufeigenschaften aufweist. Als problematisch erweist sich die feste Anordnung der dünnen Beschichtung aus Silber, Gold, der Silber- bzw. der Goldlegierung an einem Kunststoff-Korpus eines Käfigs. It is further known that a thin coating of silver, gold, a silver alloy or a gold alloy has only a low coefficient of friction, so that a coated cage, in particular an on-board cage, has improved running properties in the case of deficient lubrication. The solid arrangement of the thin coating of silver, gold, the silver or the gold alloy on a plastic body of a cage proves to be problematic.

DE 1 946 535 U beschreibt einen Käfig für ein Wälzlager, wobei der Käfig ein Grundkorpus aus einem Kunststoff sowie eine metallische Außenschicht umfasst, die unmittelbar auf dem Kunststoff des Grundkorpus befestigt ist. Die metallische Außenschicht wird durch Bedampfen im Vakuum aufgetragen, was für eine Massenherstellung aufwendig ist, oder galvanisch, was nur bei bestimmten Metallen wie Aluminium möglich ist. Es ist insbesondere nicht möglich, eine Außenschicht aus Silber, Gold, einer Silberlegierung oder einer Goldlegierung unmittelbar auf den Kunststoff des Grundkorpus galvanisch aufzubringen. DE 1 946 535 U describes a cage for a rolling bearing, wherein the cage comprises a base body made of a plastic and a metallic outer layer which is fixed directly on the plastic of the base body. The metallic outer layer is applied by vapor deposition in vacuum, which is expensive for mass production, or galvanic, which is possible only with certain metals such as aluminum. In particular, it is not possible to apply an outer layer of silver, gold, a silver alloy or a gold alloy directly to the plastic of the main body galvanically.

DE 10 2008 022 311 A1 beschreibt einen Käfig für ein Wälzlager mit einem Grundkorpus aus einem Kunststoff und einer metallischen, an dem Grundkorpus angeordneten metallischen, nanokristallinen Außenschicht, wobei die Außenschicht aus einer Eisenlegierung oder Titan bzw. Nickel besteht, die mit einer nanokristallinen Körnung galvanisch aufgetragen sind. Die Eisenlegierung bzw. Nickel oder Titan weisen nicht die für Silber, Gold bzw. eine Silber- oder Goldlegierung vorteilhaften Notlaufeigenschaften im Fall einer Mangelschmierung auf. DE 10 2008 022 311 A1 describes a cage for a rolling bearing with a base body made of a plastic and a metallic, arranged on the base body metallic, nanocrystalline outer layer, wherein the outer layer of an iron alloy or titanium or nickel, which are applied with a nanocrystalline grain size. The iron alloy or nickel or titanium does not have the advantageous run-flat properties for silver, gold or a silver or gold alloy in the case of insufficient lubrication.

DE 29 42 265 C2 beschreibt einen Käfig mit einem Grundkorpus aus einer Eisenlegierung und einer Außenschicht aus Gold oder Silber, wobei zwischen der Eisenlegierung und der Außenschicht eine erste Zwischenschicht aus Nickel und eine zweite Zwischenschicht aus Kupfer angeordnet ist, wobei die Schichten in einem aufwendigen Vakuum mittels Ionenplattieren aufgetragen werden, um eine ausreichende Haftfestigkeit zu erzielen. DE 29 42 265 C2 describes a cage having a base body of an iron alloy and an outer layer of gold or silver, wherein between the iron alloy and the outer layer, a first intermediate layer of nickel and a second intermediate layer of copper is disposed, wherein the layers are applied in a complex vacuum by means of ion plating, to achieve sufficient adhesion.

DE 197 38 331 A1 erwähnt einen Käfig aus Stahl, Bronze oder einem anderen Metall mit einer Silberbeschichtung sowie einen Käfig aus einem Kunststoff, speziell einem faserverstärkten Polyetheretherketon, als zwei voneinander unabhängige Alternativen. DE 197 38 331 A1 mentions a cage made of steel, bronze or other metal with a silver coating and a cage made of a plastic, especially a fiber-reinforced polyetheretherketone, as two independent alternatives.

DE 295 22 273 U1 beschreibt einen Käfig mit einem Grundkorpus aus einem metallischen Band und einer Schicht aus Silber, die als Plattierung an dem metallischen Band angeordnet ist. DE 295 22 273 U1 describes a cage with a base body of a metallic band and a layer of silver, which is arranged as plating on the metallic band.

DE 10 2006 010 171 A1 beschreibt einen Käfig aus einem gebogenen metallischen Band mit einer Kunststoff-Beschichtung. DE 10 2006 010 171 A1 describes a cage made of a bent metallic band with a plastic coating.

DE 25 56 745 A1 beschreibt einen Käfig aus Stahl, in dessen Oberfläche Nickel eindiffundiert ist. DE 25 56 745 A1 describes a cage made of steel, in the surface of which nickel is diffused.

DE 69 062 09 U beschreibt einen Lagerring für ein Wälzlager aus einem Kunststoff, wobei der Lagerring metallisiert wird und dann die Metallschicht galvanisch hartverchromt oder plattiert ist. DE 69 062 09 U describes a bearing ring for a rolling bearing made of a plastic, wherein the bearing ring is metallized and then the metal layer is electroplated hard chrome plated or plated.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen mit einer für den Fall einer Mangelschmierung wirksamen Beschichtung versehenen Käfig aus Kunststoff bereitzustellen. It is the object of the invention to provide a cage provided with a coating effective for the case of a lack of lubrication coating plastic.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Außenschicht aus Silber, Gold oder einer Silber- bzw. Goldlegierung besteht, und dass die Außenschicht durch eine Zwischenschicht aus einem Metall, insbesondere aus Nickel oder einer Nickellegierung, mit dem Grundkorpus verbunden ist. This object is achieved in that the outer layer of silver, gold or a silver or gold alloy, and that the outer layer is connected by an intermediate layer of a metal, in particular nickel or a nickel alloy, with the base body.

Weil die Außenschicht aus Silber, Gold oder einer Silber- bzw. Goldlegierung besteht, ist im Fall einer Mangelschmierung eine verschleißgeminderte Führung des Käfigs sichergestellt. Because the outer layer is made of silver, gold or a silver or gold alloy, a wear-reduced guidance of the cage is ensured in the case of deficient lubrication.

Da die Außenschicht durch eine Zwischenschicht aus einem Metall, insbesondere aus Nickel oder einer Nickellegierung, mit dem Grundkorpus verbunden ist, ist eine feste Haftung der Außenschicht an dem Kunststoff des Grundkorpus sichergestellt, insbesondere haftet die Zwischenschicht fest auf dem Kunststoff des Grundkorpus und die Außenschicht haftet auf der Zwischenschicht ähnlich fest wie auf einer vollständig metallischen Unterlage, beispielsweise wie auf einem vollständig metallischen Grundkorpus. Since the outer layer is connected by an intermediate layer of a metal, in particular nickel or a nickel alloy, with the base body, a firm adhesion of the outer layer to the plastic of the base body is ensured, in particular the intermediate layer adheres firmly to the plastic of the base body and the outer layer adheres on the intermediate layer as firm as on a completely metallic base, for example, as on a completely metallic base body.

Die metallischen, elektrisch leitenden Eigenschaften der Zwischenschicht ermöglichen ein schnelles, gut steuerbares Aufbringen der Außenschicht mittels eines galvanischen, insbesondere nasschemischen Prozesses, so dass vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Außenschicht elektrochemisch, insbesondere galvanisch, auf der Zwischenschicht abgeschieden ist.The metallic, electrically conductive properties of the intermediate layer allow a fast, well controllable application of the outer layer by means of a galvanic, in particular wet chemical process, so that it is preferably provided that the outer layer is electrochemically, in particular galvanically, deposited on the intermediate layer.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht nanokristallin ausgebildet ist. Die Zwischenschicht weist dabei Kristallite mit Abmessungen von weniger als ca. 100 Nanometern, bevorzugt weniger als ca. 10 Nanometern auf, so dass die Zwischenschicht im wesentlichen porenfrei und mit hoher Dichte ausgebildet ist. Die nanokristalline Zwischenschicht stabilisiert den beschichteten Käfig mechanisch. It is preferably provided that the intermediate layer is nanocrystalline. The intermediate layer in this case has crystallites with dimensions of less than about 100 nanometers, preferably less than about 10 nanometers, so that the intermediate layer is formed substantially free of pores and with high density. The nanocrystalline intermediate layer mechanically stabilizes the coated cage.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht eine Schichtdicke von ca. 20 bis ca. 100 Mikrometern aufweist.It is preferably provided that the intermediate layer has a layer thickness of about 20 to about 100 micrometers.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Außenschicht eine Schichtdicke von weniger als ca. 50 Mikrometern aufweist.It is preferably provided that the outer layer has a layer thickness of less than about 50 micrometers.

Aufgrund der nur geringen Schichtdicken der Zwischenschicht bzw. der Außenschicht kommt das geringe Gewicht des Kunststoffs des Grundkorpus gegenüber Stahl deutlich zum Tragen. Due to the only small layer thicknesses of the intermediate layer or the outer layer, the low weight of the plastic of the base body compared to steel comes significantly to bear.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Außenschicht das Grundkorpus vollständig umgibt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Außensicht nur an reibungsbeaufschlagten, kritischen Abschnitten des Käfigs vorgesehen ist, bei einem bordgeführten Käfig beispielsweise an sollen Stellen, die in direkten Kontakt mit der Bordführungsfläche an dem Lagerring kommen. It is preferably provided that the outer layer completely surrounds the base body. Alternatively, it can be provided that the external view is provided only on reibbeaufschlagten, critical sections of the cage, for example, in an on-board cage to places that come into direct contact with the board guide surface on the bearing ring.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Grundkorpus aus einem Thermoplasten, insbesondere einem Polyamidimid oder einem Polyetheretherketon, besteht. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kunststoff des Grundkorpus mit Fasern verstärkt ist.It is preferably provided that the base body of a thermoplastic, in particular a polyamide or a polyetheretherketone consists. In particular, it can be provided that the plastic of the base body is reinforced with fibers.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Further advantages and features will become apparent from the dependent claims and from the following description of a preferred embodiment of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert. The invention will be described and explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Käfigs. 1 schematically shows a partially sectioned view of an embodiment of a cage according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Steg eines als Schrägkugellagerkäfig ausgebildeten Käfigs, dessen Korpus ein Grundkorpus 1 aus einem Kunststoff, nämlich einem Thermoplasten wie Polyetheretherketon (PEEK) umfasst, sowie eine Außenschicht 2 aus einem Metall, nämlich aus Silber. Die Außenschicht 2 ist durch eine Zwischenschicht 3 aus einem Metall, nämlich aus Nickel, mit dem Grundkorpus 1 verbunden. 1 schematically shows a section through a web of a trained as angular contact ball cage cage whose body is a basic body 1 from a plastic, namely a thermoplastic such as polyetheretherketone (PEEK), and an outer layer 2 made of a metal, namely silver. The outer layer 2 is through an intermediate layer 3 made of a metal, namely nickel, with the main body 1 connected.

Hierzu ist die Zwischenschicht 3 aus Nickel unmittelbar an der Oberfläche des Grundkorpus 1, nämlich dem Thermoplasten, befestigt, und die Außenschicht 2 ist unmittelbar auf der Außenfläche der Zwischenschicht 3 elektrochemisch, nämlich galvanisch, abgeschieden. Die Zwischenschicht 3 ist nanokristallin ausgebildet, wobei die Kristallite des Nickels Abmessungen von weniger als ca. 100 Nanometern aufweisen. Die Zwischenschicht 3 weist eine Schichtdicke von ca. 20 bis ca. 100 Mikrometern, nämlich von ca. 50 Mikrometern, auf. Die Außenschicht 2 weist eine Schichtdicke von ca. 25 Mikrometern, insbesondere von weniger als ca. 50 Mikrometern, auf und umgibt das Grundkorpus 1 aus dem Thermoplasten vollständig. This is the intermediate layer 3 made of nickel directly on the surface of the main body 1 , namely the thermoplastic, attached, and the outer layer 2 is directly on the outer surface of the intermediate layer 3 electrochemical, namely galvanic, deposited. The intermediate layer 3 is formed nanocrystalline, wherein the crystallites of the nickel have dimensions of less than about 100 nanometers. The intermediate layer 3 has a layer thickness of about 20 to about 100 microns, namely of about 50 microns on. The outer layer 2 has a layer thickness of about 25 microns, in particular less than about 50 microns, and surrounds the base body 1 from the thermoplastic completely.

Der vorbeschriebene Käfig ist für Wälzlager bei Anwendungen mit schneller Drehzahl geeignet, bei denen eine Mangelschmierung auftreten kann und bei denen die Notlaufeigenschaften der Außenschicht 2 aus Silber vorteilhaft zum Tragen kommen. Derartige Wälzlager sind beispielsweise für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt vorgesehen, als Lager für schnelldrehende Turbolader, bei Hubschrauber beispielsweise für die Lagerung von Getrieben, als Mastlager, für Transmissionswellen oder als Taumelscheibenlager bzw. als Hilfslager für Flugzeugtriebwerke. The cage described above is suitable for rolling bearings in high-speed applications in which lack of lubrication can occur and in which the emergency running properties of the outer layer 2 made of silver advantageous to come to fruition. Such bearings are provided, for example, for aerospace applications, as bearings for high-speed turbochargers, helicopters, for example, for the storage of gearboxes, as mast bearings, for transmission shafts or as a swash plate bearing or as an auxiliary bearing for aircraft engines.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bestand die Außenschicht 2 aus Silber. Abweichend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Außenschicht 2 aus einem anderen Metall mit bei Mangelschmierung auftretenden Notlaufeigenschaften, wie einer Silberlegierung, Gold oder einer Goldlegierung, bestehen kann. In the embodiment described above, the outer layer was made 2 silver. Deviating from this, it can also be provided that the outer layer 2 may consist of another metal with run-flat properties occurring during deficient lubrication, such as a silver alloy, gold or a gold alloy.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bestand das Grundkorpus 1 aus einem Thermoplasten, nämlich aus Polyetheretherketon (PEEK). Das Grundkorpus 1 könnte auch aus einem anderen Thermoplasten, beispielsweise aus Polyamidimid (TORLON) bestehen. Der Kunststoff des Grundkorpus 1 könnte weiter durch Fasern verstärkt sein. In the embodiment described above, the basic body existed 1 from a thermoplastic, namely polyetheretherketone (PEEK). The basic corpus 1 could also be made from another thermoplastic, for example Polyamide imide (TORLON) exist. The plastic of the basic body 1 could be further reinforced by fibers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Grundkorpusbasic body
22
Außenschichtouter layer
33
Zwischenschichtinterlayer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 1946535 U [0004] DE 1946535 U [0004]
  • DE 102008022311 A1 [0005] DE 102008022311 A1 [0005]
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  • DE 6906209 U [0011] DE 6906209 U [0011]

Claims (9)

Käfig für ein Wälzlager, umfassend ein Grundkorpus (1) aus einem Kunststoff und eine Außenschicht aus einem Metall, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (2) aus Silber, Gold oder einer Silber- bzw. Goldlegierung besteht, und dass die Außenschicht (2) durch eine Zwischenschicht (3) aus einem Metall, insbesondere aus Nickel oder einer Nickellegierung, mit dem Grundkorpus (1) verbunden ist. Cage for a roller bearing, comprising a basic body ( 1 ) of a plastic and an outer layer of a metal, characterized in that the outer layer ( 2 ) consists of silver, gold or a silver or gold alloy, and that the outer layer ( 2 ) by an intermediate layer ( 3 ) of a metal, in particular nickel or a nickel alloy, with the basic body ( 1 ) connected is. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (2) elektrochemisch, insbesondere galvanisch, auf der Zwischenschicht (3) abgeschieden ist. Cage according to claim 1, characterized in that the outer layer ( 2 ) electrochemically, in particular galvanically, on the intermediate layer ( 3 ) is deposited. Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) nanokristallin ausgebildet ist. Cage according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate layer ( 3 ) is formed nanocrystalline. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) eine Schichtdicke von ca. 20 bis ca. 100 Mikrometern aufweist. Cage according to one of claims 1 to 3, characterized in that the intermediate layer ( 3 ) has a layer thickness of about 20 to about 100 microns. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (2) eine Schichtdicke von weniger als ca. 50 Mikrometern aufweist. Cage according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outer layer ( 2 ) has a layer thickness of less than about 50 microns. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (2) das Grundkorpus (1) vollständig umgibt. Cage according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer layer ( 2 ) the basic corpus ( 1 ) completely surrounds. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkorpus (1) aus einem Thermoplasten, insbesondere einem Polyamidimid oder einem Polyetheretherketon, besteht. Cage according to one of claims 1 to 6, characterized in that the basic body ( 1 ) consists of a thermoplastic, in particular a polyamide imide or a polyetheretherketone. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Grundkorpus mit Fasern verstärkt ist. Cage according to one of claims 1 to 7, characterized in that the plastic of the base body is reinforced with fibers. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als Schrägkugelalgerkäfig ausgebildet ist. Cage according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cage is formed as Schrägkugelalgerkäfig.
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