DE4432186C2

DE4432186C2 - Wälzlager zur Verwendung in geschmolzenem Metall

Info

Publication number: DE4432186C2
Application number: DE4432186A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Nojima; Toshihiro Mori; Takao Hashimoto; Shin Niizeki; Akio Aoki
Original assignee: NSK Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2014-09-10
Also published as: US5520467A; DE4432186A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, beispielsweise ein Rol lenlager, zur Verwendung in geschmolzenem Metall der im Oberbe griff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein solches Wälzlager ist bereits aus der JP-PS Hei 5-187 445 bekannt.

Diese Druckschrift offenbart ein Wälzlager zur Verwendung in einem eine Zinkschmelze aufweisenden Plattierungsbad. Das Wälz lager umfaßt einen Lagerkäfig, welcher aus reinem Tantal oder einer Tantal-Wolfram-Legierung besteht.

Aus DE-Z "Tribologie + Schmierungstechnik" (1992), Seiten 202 bis 208, ist bekannt, daß sich Kohlegraphit als Werkstoff für schmierstofffreie Dichtungen und Lagerungen eignet. Kohlegra phit wird als Gleitringwerkstoff und/oder Lagerwerkstoff für die Anwendung bei Betriebstemperaturen empfohlen, welche außer halb des für Schmieröle und Fette zulässigen Temperaturberei ches liegen, also in Zn- und Sn-Schmelzanlagen bei Temperaturen von ca. 500°C. Die genannte Druckschrift offenbart die Her stellung von Lagerkäfigen aus Kohlegraphit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß durch Herabset zung des Lagerverschleißes eine längere Betriebsdauer der in Gleiteingriff miteinander stehenden Oberflächen erreicht wird. Insbesondere soll die Verschleißbeständigkeit des Lagerkäfigs erhöht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 an gegebene Wälzlager zur Verwendung in geschmolzenem Metall ge löst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß das Material des Lager käfigs in bezug auf das Material des geschmolzenen Metalles in einer bestimmten Relation zueinander gewählt ist, so daß ein Gleichgewicht im Lagerkäfig zwischen Schwere und Auftrieb herrscht, was zur Folge hat, daß das Ausmaß, in welchem der Kä fig in das schmelzflüssige Metall eintaucht bzw. in demselben schwimmt, herabgesetzt werden kann. Dadurch wiederum kann der auf den Gleitoberflächen des Lagerkäfigs von den Wälzelementen ausgeübte Druck sowie der auf die inneren und äußeren Führungs spuren ausgeübte Druck herabgesetzt werden, was den Lagerver schleiß vermindert und dadurch die Lebensdauer des Lagers ver längert.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Die inneren und äußeren Führungsspuren und die Wälzelemente be stehen vorzugsweise aus einem in dem geschmolzenen Metall wär mebeständigen Material. Vorzugsweise bestehen diese Bauteile aus Keramiken, wie beispielsweise Siliciumnitrid oder derglei chen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispie len und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine vordere Ansicht eines Führungsflächenteils, das eine Testprobe für einen Verschleißtest bildet, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II in Fig. 1 vorgenommen ist;

Fig. 3 zeigt eine vordere Ansicht eines Käfigteils, das eine Testprobe für einen Verschleißtest bildet, das in der Ausführungsform der vorlie genden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie IV-IV, die in Fig. 3 dargestellt ist, vorgenommen ist;

Fig. 5 zeigt eine allgemeine Ansicht des Aufbaus einer Verschleißtestein richtung, die in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einge setzt wird;

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Käfigteils, das in einem Bei spiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 7(a) und 7(b) sind erläuternde Ansichten eines Taschenverschleißbe trags in einem Käfigteil entsprechend einer Schnittansicht, die entlang der Linie VII-VII in Fig. 3 vorgenommen ist;

Fig. 8(a) und 8(b) sind erläuternde Ansichten eines Führungsober flächen-Verschleißbetrags in einem Käfigteil entsprechend einer Schnitt ansicht, die entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 3 vorgenommen ist;

Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Verschleiß tests, die an Testproben (entsprechend den Beispielen 5 bis 9, den Quasi-Beispielen 1 bis 4, 6 und dem Vergleichsbeispiel 1) durchgeführt sind, die jeweils ein Käfigteil einsetzen, das aus einem Kompositmaterial gebildet ist, das aus Ta und C (Graphit) in einem Typ eines gleichförmig gemischten Pulvers zusammengesetzt ist;

Fig. 10 zeigt eine allgemeine Ansicht eines Beispiels der Struktur eines Kugellagers entsprechend eines verstärkten Typs gemäß dem Beispiel 1;

Fig. 11 zeigt eine allgemeine Ansicht eines Beispiels der Struktur eines Rollenlagers entsprechend einem verstärkten Typ gemäß dem Beispiel 1; und

Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer Messung der Verschleißbeträge innerer und äußerer Führungsspurteile in dem Ver schleißtest, die an Testbeispielen gemäß den Quasi-Beispielen 5 und 6 und Vergleichsbeispielen 1 und 5 durchgeführt wurden.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In weiterem Detail wird nachfolgend eine Beschreibung eines Rollenlagers bzw. Wälzlagers, das in geschmolzenem Metall verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen.

Allgemein umfaßt das Rollenlager eine äußere Führungsspur bzw. einen Laufring, der eine äußere Lauffläche an der inneren Umfangsoberfläche, eine innere Führungsspur, die eine innere Lauffläche an der äußeren Um fangsoberfläche, einen Käfig bzw. ein Gehäuse, das eine Vielzahl von Taschen in der umfangsmäßigen Richtung besitzt, und eine Mehrzahl von Rollenelementen besitzt, die so zurückgehalten werden, daß sie drehbar innerhalb der entsprechenden Taschen sind, und wobei deren Rollober flächen gegen die äußere Lauffläche und die innere Lauffläche anstoßen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da ein Käfig, des Wälzlagers, das in geschmolzenem Metall verwendet werden soll, aus einem Material gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hin sichtlich des geschmolzenen Metalls besitzt, die Verschleißbeständigkeit des Käfigs verbessert werden.

Dies bedeutet, daß durch Verringerung einer Differenz in der Dichte zwischen dem Käfig und dem geschmolzenen Metall der Grad, um den sich der Käfig einsenkt und in dem geschmolzenen Metall fließt, verringert werden kann, so daß der Druck, der auf die Gleitoberflächen des Käfigs mit den Rollenelementen und der inneren und äußeren Führungsspur aufgebracht wer den kann, verringert werden kann.

Andererseits liefert, wie vorstehend beschrieben ist, wenn ein Käfig aus reinem Tantal oder einer Tantallegierung mit Wolfram in dem Bereich von 10% oder weniger bezogen auf das Gewicht gebildet wird und ein Rollen lager mit einem solchen Käfig, der dort eingesetzt ist, in einem fort während geschmolzenen Zinkplattierbad (480°C) verwendet wird, das spezi fische Gewicht des Materials, das den Käfig bildet, 2,3 hinsichtlich des geschmolzenen Zinks, da die Dichte von reinem Tantal oder der vorstehend erwähnten Tantallegierung in der Größenordnung von 16 g/cm³ liegt, was bedeutet, daß der Grad, mit dem sich der Käfig einsenkt und in dem ge schmolzenen Zink fließt, groß ist, so daß der Druck, der auf die Gleit oberflächen des Käfigs mit den Rollenelementen und den inneren und äußeren Führungsspuren aufgebracht wird, erhöht wird.

Fig. 9 zeigt auch eine graphische Darstellung, um die Ergebnisse von Ver schleißtests (Einzelheiten der Tests werden später beschrieben) zu zei gen, in denen ein Kompositmaterial, das aus Ta und C (Graphit) besteht, verwendet wird, um Teile von Käfigen jeweils zu bilden, die ein spezi fisches Gewicht von 0,3 bis 2,3 hinsichtlich geschmolzenen Zinks be sitzen, und Belastungen werden auf die entsprechenden Teile in der axialen Richtung davon in dem geschmolzenen Zink (480°C) aufgebracht. Diese graphische Darstellung zeigt, daß die Käfigteile, die ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2, nämlich in dem Bereich eines spezifischen Gewichts, das durch die vorliegende Erfindung spezifiziert wird, hinsichtlich des geschmolzenen Zinks außerordentlich überlegen gegenüber anderen sowohl in dem Taschenabnutzungsbetrag als auch in dem Führungsoberflächenabnutzungsbetrag sind.

Um das spezifische Gewicht des Materials, das den Käfig bildet, von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des geschmolzenen Metalls zu erzielen, wird ent sprechend dem geschmolzenen Metall der Käfig aus einem Material durch diesen selbst gebildet, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 be sitzt, oder der Käfig kann aus einem Kompositmaterial gebildet werden, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des entspre chenden geschmolzenen Metalls besitzt, wobei das Kompositmaterial durch Kombination eines Materials, das eine hohe Dichte besitzt, wie beispiels weise Metalle Ta, W, Nb, Mo, Re, Os, Ir, Pt, Au oder dergleichen, einer Legierung, die mindestens eines dieser Metalle besitzt, Karbid von einem dieser Metalle, Borid von einem dieser Metalle, Nitrid von einem dieser Metalle, und einem Material, das eine kleine Dichte besitzt, einschließ lich Kohlenstoffmaterial, wie beispielsweise Graphit, C/C-Komposit (koh lefaserverstärkter Kohlenstoff) oder Keramiken, wie beispielsweise Bornitrid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder dergleichen, gebildet werden.

Wenn der Käfig aus dem Kompositmaterial gebildet wird, kann das Material mit einer niedrigen Dichte, das dazu verwendet wird, das Kompositmaterial zu bilden, vorzugsweise ein festes Schmiermittel sein, wie beispielsweise Graphit, hexagonales Bornitrid (h-BN), Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, CaF₂/BaF₂, Chromoxid oder dergleichen.

Als geschmolzenes Metall, um es für ein Plattier- bzw. galvanisches Bad oder dergleichen zu verwenden, können zum Beispiel die Metalle verwendet werden, wobei die Dichte des geschmolzenen Metalls innerhalb eines Bereiches von 3 bis 12 g/cm³ liegt.

Tabelle 1

Auch sind Eisen, Stahl und Nickel oder eine wärmebeständige Kobaltle gierung nicht als das Material für den Käfig, der in ein Rollenlager zur Verwendung in geschmolzenem Metall eingesetzt werden soll, bevorzugt, da es ihnen hinsichtlich der vorstehend erwähnten geschmolzenen Metalle an der Korrosionsbeständigkeit fehlt, gerade dann, wenn das spezifische Gewicht davon hinsichtlich der geschmolzenen Metalle in dem Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt.

Beispiele

Verschleißtests für Wälzlager, die in geschmolzenem Metall verwendet werden sollen, werden gemäß der vorliegenden Erfindung nachfolgend in weiterem Detail beschrieben.

Zwei Führungsspurteile 1 (entsprechend einem inneren Führungsspurteile 1A und einem äußeren Führungsspurteil 1B), von denen jede eine solche Form besitzt, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ein Käfigteil 2, das eine solche Form besitzt, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, und drei Kugeln 3, von denen jede einen Durchmesser von 3/8 Zoll (9,52 mm) besitzt, wurden als ein Satz dazu verwendet, um eine Verschleiß testprobe S eines Wälzlagers, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, zusam menzubauen. Fig. 1 zeigt eine vordere Ansicht eines Führungsspurteils, Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II in Fig. 1 vorgenommen ist, Fig. 3 zeigt eine vordere Ansicht eines Käfigteils und Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 vorgenommen ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist das Führungsspurteil 1 durch Aufweiten einer Öffnung 11, die einen Durchmesser D₂ = 10 mm in dem zentralen Bereich einer Scheibe, die eine Dicke T₁ = 6 mm und einen Durchmesser D₁ = 52 mm besitzt, und dann durch Bildung einer ringför migen Ausnehmung 12 konzentrisch zu der Scheibe in dem Umfangsbereich einer Oberfläche der Scheibe gebildet. Die Ausnehmung 12 besitzt einen bogenförmigen Querschnitt, der einen Krümmungsradius von 5,15 mm besitzt und ist um einen Betrag bis zu 0,8 mm (= T₂) von der Oberfläche der Scheibe aus ausgenommen. Auch ist der Durchmesser D₃ der Mittellinie der Ausnehmung 12 auf 38,5 mm gesetzt.

Die zwei Führungsspurteile 1 und die Kugeln 3 sind aus Siliziumnitrid gebildet und sind in deren jeweiligen Formen so gebildet, daß Pulver aus Siliziumnitrid verpreßt und unter einer Atmosphäre von Ar und N₂ und bei einer Temperatur von 2.000°C gesintert ist und wobei der so gesin terte Gegenstand dann maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet wurde.

Das Käfigteil 2, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist in der nachfolgenden Art und Weise gebildet: eine Öffnung 21, die einen Durch messer D₄ = 24 mm besitzt, ist in dem zentralen Bereich einer Scheibe, die dieselbe Größe wie das Führungsspurteil 1 besitzt, aufgeweitet, drei kreisförmige Taschen 21, von denen jede einen Durchmesser D₅ = 9,8 mm besitzt, sind in der Oberfläche der Scheibe unter regelmäßigen Interval len derart gebildet, daß die jeweiligen Mitten dieser drei Taschen 22 auf demselben Umfang liegen. Und der Rollkreisdurchmesser D₆ der Tasche 22 ist auf 38,5 mm gelegt, der gleich dem Durchmesser D₃ der Mittellinie der Ausnehmung 12 ist, die in dem Führungsspurteil 1 gebildet ist.

Die Käfigteile 2 sind jeweils entsprechend den jeweiligen Testproben gebildet, das bedeutet, die Käfigteile 2 sind aus den Materialien gebil det, die die jeweiligen Zusammensetzungen umfassen, die in der nachfol genden Tabelle 2 und der Tabelle 3 dargestellt sind, so daß deren jewei liges spezifisches Gewicht deren festgelegte Werte hinsichtlich geschmol zenem Zink bilden. In den Beispielen 1 bis 9, den Quasi-Beispielen 1 bis 4 und dem Vergleichsbeispiel 4 wird als Material, das eine hohe Dichte besitzt, Ta, W, Mo, WC, TaN, oder TaB₂ in einer reinen Form oder in einer Kombination davon verwendet, während als Material, das eine geringe Dichte besitzt, C (Graphit), MoS₂, h-BN oder Si₃N₄ + Al₂O₃ verwendet wird. Das spezifische Gewicht hinsichtlich geschmolzenen Zinks wird durch Veränderung der Zusammensetzung der zwei Arten der Materialien mit hoher und niedriger Dichte eingestellt.

Hier besitzt das Käfigteil 2a entsprechend Beispiel 1, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist (die einer Schnittansicht entspricht, die entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 vorgenommen ist) dasselbe Erscheinungsbild wie das Käfigteil 2, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, allerdings ist tatsächlich das Käfigteil 2a durch Verbindung zwei verstärkender Seiten platten 5, die aus Ta gebildet sind und eine Dicke T₄ = 1 mm an beiden Oberflächen eines Mutter-Hauptteils 4, das aus C (Graphit) gebildet ist und eine Dicke T₃ = 4 mm besitzt, strukturiert. Aus diesem Grund wird das Käfigteil 2a als verstärkter Typ bezeichnet. Und die mittlere Dichte des gesamten Käfigteils wird entsprechend einem Volumenverhältnis zwi schen Ta (2 Seitenplatten 5) und C (Mutter-Hauptteil 4) berechnet.

Die Käfigteile 2 gemäß den Beispielen 2 bis 9, die Quasi-Beispiele 1 bis 4 und das Vergleichsbeispiel 4 sind, ähnlich zu den vorstehend erwähnten Führungsspurteilen 1 und den Kugeln 3, derart gebildet, daß die Pulvermaterialien deren entsprechender Zusammensetzungen unter Druck gesetzt und unter einer Atmosphäre von Ar und N₂ und bei einer Temperatur von 2000°C gesintert werden, und die so gesinterten Materialien werden dann maschinenbearbeitet. In Tabellen werden sie als "gleichförmig gemischte Pulvertypen" bezeichnet. Und eine mittlere Dichte wird entsprechend der Dichten- und Volumenverhältnisse der jeweiligen Zusammensetzungen berech net, die die Materialien der Käfigteile bilden.

Das Käfigteil 2 gemäß den Quasi-Beispielen 5 bis 7 und die Vergleichsbei spiele 1 bis 3 werden jeweils aus einem einzelnen Material gebildet, d. h. die Käfigteile 2 werden in den vorstehend angegebenen Formen durch Maschinenbearbeitung der nachfolgenden Schüttmaterialien gebildet (das Kä figteil 2 gemäß dem Vergleichsbeispiel 3 verwendet SUS304) und sie werden als "Schütt-Typ" in den Tabellen bezeichnet.
Materialien:

Ta: hergestellt durch Shinkuu Yakin Co. Ltd.
C/C Komposit: hergestellt durch Toyo Tanso Co. Ltd. CX-21
Graphit: hergestellt durch Toyo Tanso Co. Ltd. IG-43
h-BN maschinenbearbeitbare Keramiken: hergestellt durch Tokuyama Soda Co. Ltd., Shapal (registriertes Warenzei chen) M
maschinenbearbeitbare Glimmerkeramiken: hergestellt durch Mitsui Mining Co. Ltd.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wurde das Käfigteil 2 mit den Kugeln 3, die in Taschen 22 aufgenommen wurden, durch und zwischen den zwei Führungsspurteilen 1A und 1B gehalten, deren Oberflächen, die die Aus nehmungen 12 bilden, einander gegenüberliegend angeordnet waren, um die Kugeln 3 in den entsprechenden Ausnehmungen 12 aufzunehmen, wodurch eine Testprobe S für den Verschleißtest zusammengebaut wurde. In diesem Zu stand war die Testprobe S in der Mitte des Bodenbereichs eines Tiegels 6 angeordnet, eine Drehwelle 7 war in der Mitte des oberen Führungsspur teils (das innere Führungsspurteil) 1A angeordnet und eine Last wurde auf die Drehwelle 7 in der axialen Richtung davon aufgebracht, das geschmol zene Zink 8 wurde in den Tiegel 6 eingeschüttet, die Drehwelle 7 wurde gedreht, um dadurch das obere Seitenführungsspurteil 1A zu drehen und der Verschleißtest wurde unter den nachfolgenden Bedingungen durchgeführt:

Testbedingungen:

Axiale Belastung: 294 N
Drehgeschwindigkeit: 300 U/min
Temperatur innerhalb des Tiegels: 480°C
Gesamtdrehzelt: 72 Stunden

Nach dem Test wurde die Testprobe S aus dem Tiegel 6 herausgenommen und die Taschenverschleißbeträge und die Führungsoberflächen-Verschleißbe träge der jeweiligen Käfigteile 2 (2a) wurden gemessen. Die Ergebnisse des Verschleißtests sind zusammenfassend in den nachfolgenden Tabellen 2 und 3 dargestellt. Auch ist der Taschenverschleißbetrag des Käfigteils in den Fig. 7(a) und 7(b) dargestellt und der Führungsoberflächen-Ver schleißbetrag des Käfigteils ist in den Fig. 8(a) und 8(b) dargestellt. Hier entsprechen die Fig. 7(a) und 7(b) einer Schnittansicht, die entlang der Linie VII-VII in Fig. 3 vorgenommen ist. Die Fig. 8(a) und 8(b) ent sprechen einer Schnittansicht, die entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 3 vorgenommen ist. Die Fig. 7(a) und 8(a) zeigen Zustände der Käfigteile, bevor der Verschleißtest durchgeführt ist, während die Fig. 7(b) und 8(b) jeweils Zustände zeigen, nachdem der Verschleißtest durchgeführt ist.

Hier dreht sich das Käfigteil 2, das ein spezifisches Gewicht kleiner als 1 hinsichtlich des geschmolzenen Zinks besitzt, in Berührung mit dem obe ren Führungsspurteil 1A während des Verschleißtests. Da sich die Kugel 3 um die Drehwelle 7 unter der halten Drehgeschwindigkeit des oberen Führungsspurteils 1A dreht, dreht sich das Käfigteil 2 unter derselben Geschwindigkeit wie die Kugeln 3. Während solcher Drehbewegungen wird eine Gleitbewegung zwischen dem oberen Führungsspurteil 1A und dem Käfig teil 2 erzeugt und als Ergebnis hiervon wird, wie in den Fig. 8(a) und 8(b) dargestellt ist, die obere Führungsoberfläche 23a (die Führungsober fläche, die auf die Seite des oberen Führungsspurteils 1 während des Tests gelegt ist) des Käfigteils 2 abgenutzt. Ein Betrag einer Verringe rung M_a in der Dicke der Führungsoberfläche, die aus einem solchen Ver schleiß herrührt, wurde gemessen und dies wird als Führungsoberflä chen-Verschleißbetrag bezeichnet.

Auch wird, da sich die Tasche 22 des Käfigteils 2 immer mit der Kugel derart in Berührung befindet, daß sie immer gegen die Kugel 3 preßt, dort eine Gleitbewegung zwischen der Kugel 3 und der Tasche 22 erzeugt, wie dies in den Fig. 7(a) und 7(b) dargestellt ist, wobei die hintere Sei te 22a der Tasche 22 in der Drehrichtung abgenutzt wird. Ein Betrag einer Vergrößerung M_p (gleich D₁₅-D₅) in dem Durchmesser der Tasche 22, der aus dem Verschleiß resultiert, wurde gemessen und er wird als Ta schenverschleißbetrag bezeichnet.

Hier dreht sich das Käfigteil 2, das ein spezifisches Gewicht größer als 1 hinsichtlich des geschmolzenen Zinks besitzt, in Berührung mit dem un teren Seitenspurteil 1B während des Verschleißtests, wobei im Gegensatz zu dem Vorstehenden die untere Führungsoberfläche 23b des Käfigteils 2 und die vordere Seite der Tasche 22 in der Drehrichtung abgenutzt sind.

Die zulässigen Werte der jeweiligen Verschleißbeträge wurden in folgender Art und Weise festgelegt hinsichtlich des Durchmessers D_a der Kugeln, die ein Wälzelement ist, wie es als Referenz verwendet wurde, wurde an genommen, daß die Verschleißbeträge linear mit der Zeit ansteigen, und die Testproben wurden fortlaufend für zwei Wochen betrieben. Die zuläs sigen Werte, die auf diese Art und Weise für den Taschenverschleißbetrag erhalten wurden, waren 30% oder weniger des Durchmessers D_a und die zulässigen Werte für den Führungsoberflächen-Verschleißbetrag betrugen 10% oder weniger des Durchmessers D_a.

Und der Durchmesser der Kugel, die verwendet wurde, nämlich D_a, betrug 3-8 Zoll (Inch) = 9,525 mm, und dieser Verschleißtest wurde für 72 Stun den (= für 3 Tage) durchgeführt. Durch Übertragung hiervon wurde der Ta schenverschleißbetrag als qualifiziert zugelassen, wenn er 9,525 × 0,30 (3/14) = 0,61 mm oder geringer war, und der Führungsoberflächen-Verschleißbetrag wurde zugelassen, falls er 9,525 × 0,10 (3/14) = 0,20 oder geringer war.

Auch wurden wie für die Testproben (Beispiele 5 bis 9, Quasi-Beispiele 1 bis 4, 6 und Vergleichsbeispiel 1,) die jeweils ihre Käfigteile ein setzen, die jeweils aus einem Kompositmaterial gebildet wurden, das aus Ta und C (Graphit) in einem gleichförmig gemischten Pulvertyp bestand, Verschleißtests durchgeführt und die Ergebnisse der Verschleißtests wur den dargestellt. In Fig. 9 sind die Ergebnisse der Verschleißtests der vorstehenden Testproben dargestellt.

Diese Ergebnisse zeigen, daß die Testproben, die jeweils darin die Käfig teile einsetzen, die ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des geschmolzenen Zinks einsetzen, gemäß den Beispielen 1 bis 9 und dem Vergleichsbeispiel 4 innerhalb der zulässigen Werte in den Ergebnis sen sowohl der Taschenverschleißbeträge als auch der Führungsoberflä chen-Verschleißbeträge fallen. Auch fallen die Testbeispiele, die jeweils darin die Käfigteile einsetzen, die ein spezifisches Gewicht kleiner als 0,8 oder größer als 1,2 hinsichtlich geschmolzenen Zinks besitzen, gemäß den Quasi-Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 inner halb der zulässigen Werte in den Führungsoberflächen Verschleißbeträgen, liefern allerdings größere Werte als die zulässigen Werte in den Taschen verschleißbeträgen. Hier besitzt in dem Vergleichsbeispiel 3 das Käfig teil ein spezifisches Gewicht hinsichtlich geschmolzenen Zinks und demzu folge fällt das Käfigteil innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Allerdings kann angenommen werden, daß der Verschleißbetrag des Vergleichsbeispiels 3 groß wird, und zwar aufgrund der unzureichen den Korrosionsbeständigkeit von SUS 304 gegenüber geschmolzenem Zink.

Auch besitzt in dem Vergleichsbeispiel 4 das Käfigteil, das dort einge setzt wird, ein spezifisches Gewicht von 1,0 hinsichtlich geschmolzenem Zinks, und deshalb fallen sowohl der Taschenverschleißbetrag als auch der Führungsoberflächen-Verschleißbetrag des Vergleichsbeispiels 4 innerhalb der zulässigen Werte. Allerdings wird der Kugelverschleißbetrag davon, wie später beschrieben wird, da das Vergleichsbeispiel 4 kein festes Schmiermittel verwendet, groß.

Andererseits sind in Tabelle 4 die Ergebnisse einer Messung der Ver schleißbeträge der Kugeln 3, die in den Beispielen 2 bis 4, 7, den Quasi-Beispielen 5, 6 und dem Vergleichsbeispiel 4 eingesetzt werden, dargestellt. In diesen Testbeispielen ist jedes der Käfigteile 2 aus ei nem Kompositmaterial gebildet und, als Material, das eine geringe Dichte besitzt, das das Kompositmaterial bildet, werden MoS₂ in dem Bei spiel 2, C (Graphit) in den Beispielen 3 und 7, h-BN in dem Beispiel 4, Si₃N₄ und Al₂O₃ in dem Vergleichsbeispiel 4, C/C-Komposit (Schütt-Typ) in dem Quasi-Beispiel 5 und Graphit (Schütt-Typ) in dem Bei spiel 6 verwendet.

Tabelle 4

Wie anhand der Ergebnisse, die in Tabelle 4 dargestellt sind, ersehen werden kann, sind in den Beispielen 2 bis 4, 7 und den Quasi-Beispielen 5, 6, die jeweils festes Schmiermittel enthalten, wie beispielsweise MoS₂, C (Graphit) oder h-BN in dem Material der Käfigteile davon die Kugelverschleißbeträge übermäßig kleiner, wenn sie mit dem Vergleichsbei spiel 4 verglichen werden, das kein festes Schmiermittel enthält. Insbe sondere wurde kein Verschleiß in den Beispielen 3, 7 und den Quasi-Bei spielen 5, 6 vorgefunden, die darin Graphit enthalten.

Deshalb ist es, wenn das Käfigmaterial aus einem Kompositmaterial gebil det wird, bevorzugt, festes Schmiermittel zu verwenden, insbesondere Gra phit als ein Material, das eine geringe Dichte besitzt, zu dem Zweck, die Kugelverschleißbeträge zu minimieren. Auch wurden in den Quasi-Beispie len 5, 6, dem Vergleichsbeispiel 1 (reines Ta) und dem Vergleichsbei spiel 5 (der Käfig war aus einer Ta-W-Legierung (Ta:W = 9 : 1 (bezogen auf das Gewicht) gebildet), hergestellt durch Shlnkuu Yakin Co. Ltd.), die Verschleißbeträge des inneren Führungsspurtells 1A und des äußeren Führungsspurteils 1B nach der Behandlung ebenfalls gemessen. Die Ergebnisse der vorstehenden Messungen sind in Fig. 12 dargestellt.

Wie in Fig. 12 dargestellt ist, waren, ähnlich zu den Kugeln, in dem in neren Führungsspurtell 1A und dem äußeren Führungsspurteil 1B ebenso die Verschleißbeträge der Quasi-Beispiele 5, 6, die jeweils ein festes Schmiermittel oder Graphit enthalten, geringer als diejenigen der Vergleichsbeispiele 1, 5. Dies bedeutet, daß bestätigt wird, daß dann, falls der Käfig aus Graphit oder einem Kompositmaterial, das Graphit enthält, gebildet ist, die Verschleißbeträge der inneren und äußeren Führungs spuren verringert werden können.

Als Referenz können in einem Wälzlager, das in einer Rollentragevor richtung oder dergleichen in einem kontinuierlich geschmolzenen Zinkplat tierbad eingesetzt wird, Vibrationen und Stöße auf das Rollenlager aufge bracht werden. Hier ist es bevorzugt, als Material eines Käfigs ein Kom positmaterial zu verwenden, das Graphit, wie beispielsweise ein C/C-Kom posit im Gegensatz zu nur Graphit, enthält, da ein solches Kompositma terial die Festigkeit des Käfigs erhöhen kann.

In dem vorstehenden Test wurde für das innere Führungsspurteil 1A und das äußere Führungsspurteil 1B ein Betrag eines Ansteigens in der Tiefe der Ausnehmung 12 als der Verschleißbetrag davon angenommen und für die Ku gel 3 wurde ein Verringerungsbetrag in dem Durchmesser der Kugel 3 als Verschleißbetrag davon angenommen.

Beispiele der Struktur eines Wälzlagers entsprechend dem verstärkten Typ des Beispiels 1 sind jeweils in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Insbesondere stellt Fig. 10 die Struktur eines Kugellagers mit tiefer Ausnehmung dar, während Fig. 11 die Struktur eines zylindrischen Rollen lagers darstellt, wobei beide halbierten Bereiche eines Käfigs 9 durch eine Niete R miteinander befestigt sind, die aus Ta gebildet ist. Der Käfig 9 besteht aus einem Hauptkörper 41 und zwei Seltenplatten 51 zur Verstärkung der zwei Seiten des Hauptkörpers 41, während der Haupt körper 41 (einschließlich einer Taschenoberfläche) aus Graphit oder einem C/C-Komposit gebildet ist und die Seitenplatten 51 jeweils aus Ta gebil det sind.

Die Niete, die aus Ta gebildet ist, kann nicht nur bei einem solchen ver stärkten Typ, wie in dem Beispiel 1, angewandt werden, sondern auch bei einem Käfig eines halbierten Typs. Dies kann auch bei der Verwendung ei ner Schraube und einer Mutter anstelle der Niete angewandt werden. Bezug nehmend auf das Material der Schraube, der Mutter und der Niete, die als Befestigungsteil verwendet werden sollen, ist für das Material der Niete, neben Tantal, als bevorzugt anzusehen, ein Material zu verwenden, das eine hohe Korrosionsbeständigkelt besitzt und plastisch deformierbar ist, beispielsweise ein Metall, das einen hohen Schmelzpunkt besitzt, wie bei spielsweise W, Nb, Mo, Re oder dergleichen, oder eine Legierung davon. Und als Material der Schraube und der Mutter ist es bevorzugt, das vor stehend angegebene Nietenmaterial oder maschinenbearbeitbare Keramiken zu verwenden. Als die maschinenbearbeitbaren Keramiken, die für die Schraube und die Mutter verwendet werden sollen, sind ein Glimmer "Macelite", her gestellt durch Mitsui Mining Co., Ltd., h (hexagonal)-BN "Shapal (regis triertes Warenzeichen) M", hergestellt durch die Tokuyama Soda Co. Ltd., und dergleichen, erhältlich.

Wie vorstehend beschrieben ist, sind in den obigen Beispielen der vorlie genden Erfindung Quasi-Beispiele eingeschlossen. Obwohl die Quasi-Bei spiele nicht ausreichend sind, um die Verschleißbeständigkeit des Käfigs des Wälzlagers zu verbessern, wobei es sich um eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung handelt, sind sie ausreichend für eine Verbes serung der Verschleißbeständigkeit der inneren und äußeren Laufspuren und der Wälzelemente des Wälzlagers geeignet, wobei es sich um die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung handelt. In diesem Sinne, fallen die Quasi-Beispiele innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung.

Weiterhin wird gemäß den vorstehend beschriebenen Beispielen der Erfin dung Zink als das geschmolzene Metall verwendet. Gerade wenn sämtliche Arten des geschmolzenen Metalls und der geschmolzenen Legierung anstelle von Zink verwendet werden, kann die vorliegende Erfindung zu denselben Effekten wie in geschmolzenem Zink führen. Zum Beispiel wurde das Bei spiel 10, dasselbe wie das Käfigteil gemäß dem Quasi-Beispiel 1, in einem Bad aus geschmolzenem Metall getestet, das Zn-55% Al (entsprechend einem typischen Zink-Aluminium-Plattierbad, das Al:55 Gew-%, Zn:43,4 Gew-% und Si:1,6 Gew-% als das geschmolzene Metall enthält) getestet. Die Beispie le 11 und 12, dieselben wie die Käfigteile gemäß den Quasi-Beispielen 5 und 6, wurden in einem Bad aus geschmolzenem Aluminium getestet. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wurden die Beispiele 10 bis 12, die ein spezi fisches Gewicht innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung hin sichtlich des entsprechenden geschmolzenen Metalls besaßen, unter densel ben Bedingungen wie die vorstehend beschriebenen Verschleißtests getestet, mit der Ausnahme der Typen des geschmolzenen Metalls. Ergeb nisse der Verschleißtests sind in der nachfolgenden Tabelle 5 darge stellt. Gemäß den Beispielen 10 bis 12 fallen, da die Käfigteile ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des entsprechenden, geschmolzenen Metalls besaßen, die Beispiele 10 bis 12 innerhalb der zulässigen Werte hinsichtlich sowohl der Taschenverschleißbeträge als auch der Führungsoberflächen-Verschleißbeträge, wie dies in Tabelle 5 dargestellt ist. Weiterhin kann, da alle Käfigteile gemäß den Beispie len 10 bis 12 Graphit darin enthalten, die hohe Verschleißbeständigkeit derart erhalten werden, daß die Kugelverschleißbeträge davon "0,00" be trugen.

Weiterhin kann es, zusätzlich zu dem geschmolzenen Metall, wie dies in den Tabellen 1 und 5 beschrieben ist, in dem Bad für das andere geschmol zene Metall, wie zum Beispiel Zn-0,15% Al, Zn-4,1% Al-0,09% Mg, Al-9% Si, Zn-55% Al-1,5% Si oder dergleichen verwendet werden. Mit diesen geschmol zenen Metallbädern kann, solange sie für die Wälzlager verwendet wer den, die so eingestellt sind, daß das Käfigmaterial ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des entsprechenden geschmolzenen Metalls besitzt, die vorliegende Erfindung dieselben Effekte wie in ge schmolzenem Zink bewirken.

Wie vorstehend beschrieben ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der Tatsache, daß ein Käfig in dem Rollenlager, das in geschmol zenem Metall verwendet werden soll, aus einem festen Schmiermittel oder einem Kompositmaterial gebildet ist, das ein festes Schmiermittel ent hält, die Beträge der Abnutzung der inneren und äußeren Führungslauf flächen und der Wälzelemente des Wälzlagers verringert werden. Als Ergebnis hiervon kann die Lebensdauer des Wälzlagers, das in geschmol zenem Metall verwendet werden soll, verlängert werden.

Auch wird gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Käfig des Wälz lagers, das in geschmolzenem Metall verwendet werden soll, aus einem Material gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hin sichtlich des geschmolzenen Metalls besitzt, die Abnutzungs- bzw. Ver schleißbeständigkeit des Käfigs verbessert. Dies führt auch zu einer verlängerten Lebensdauer des Wälzlagers, das in geschmolzenem Metall verwendet werden soll.

Claims

1. Wälzlager zur Verwendung in geschmolzenem Metall, dessen Dichte mehr als 3 g/cm³ beträgt, mit

- einer äußeren Führungsspur, die eine äußere Führungs spurlauffläche an einer inneren, umfangsmäßigen Ober fläche davon besitzt,
- einer inneren Führungsspur, die eine innere Führungs spurlauffläche an einer äußeren, umfangsmäßigen Ober fläche davon besitzt,
- einem Käfig, der eine Vielzahl von Taschen in der um fangsmäßigen Richtung aufweist, und
- einer Vielzahl von Wälzelementen, die wälzbar innerhalb der Taschen gehalten sind und gegen die äußere Füh rungsspurlauffläche sowie gegen die innere Führungs spurlauffläche auflaufen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig ein festes Schmiermittel aufweist, welches mindestens in den Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig und den Wälzelementen freigelegt ist, wobei der Käfig aus einem Material besteht, welches hinsichtlich des geschmolzenen Metalls ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 aufweist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, wobei das feste Schmiermittel zudem mindestens in Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig und den Führungsspurteilen freigelegt ist.

3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das feste Schmiermittel ein Material aufweist, das aus Graphit, C/C-Komposit, hexagonalem Bornitrid (h-BN), Molybdändi sulfid, Wolframdisulfid, CaF₂/BaF₂, Chromoxid und Ver bindungen davon ausgewählt ist.

4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Käfig aus einem Metall gebildet ist, das aus Ta, W, Nb, Mo, Re, Os, Ir, Pt, Au, einer Legierung davon, Carbiden davon, Boriden davon und Nitriden davon ausgewählt ist.