DE102008035288A1

DE102008035288A1 - Gleitlagerbuchse und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102008035288A1
Application number: DE102008035288A
Authority: DE
Inventors: Christian Spandern; Frank Steinhauer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-18
Also published as: WO2010012254A1

Abstract

Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse ein Rohrabschnitt (1), beispielsweise aus Metall, mit einem flüssigen zweiten Material (2) teilweise gefüllt und darauf endseitig verschlossen. Der Rohrabschnitt rotiert um seine Zylinderachse (4), um das flüssige Vergussmaterial gleichmäßig an der inneren Mantelfläche des Rohrabschnittes zu verteilen und während der Rotation durch Temperatureinwirkung erhärten zu können. Hierdurch entsteht eine zweischichtige, mechanisch stabilisierte Gleitlagerbuchse.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus, spezieller auf dem Gebiet der Lagertechnik bei der Lagerung von rotierenden Bauteilen.
Auf diesem Gebiet sind insbesondere Wälzlager oder Gleitlager bekannt. Für relativ geringe Belastungen und Drehzahlen werden im kostengünstigsten Fall Gleitlager eingesetzt, die typischerweise eine Gleitlagerbuchse aufweisen, die mit oder ohne Anwendung eines Öls oder Fettes eine Welle gleitend lagert.
Besondere Anforderungen stellt dabei die Herstellung von Gleitlagerbuchsen, die passgenau gearbeitet sein müssen und dabei trotz möglichst geringer Herstellungskosten eine mechanischen Stabilität aufweisen, die eine gewisse Lastaufnahme und Führung der Welle ohne Verformung ermöglicht.
Derartige Gleitlagerbuchsen werden derzeit nach dem sogenannten filamentwinding-Verfahren hergestellt, bei dem ein mit einem Harz mit Füllstoffen getränkter Faden auf einen Kern, insbesondere einen Metallkern gewickelt und danach gehärtet wird. Die Fasern können beispielsweise aus Polytetrafluorethylen oder aus PET bestehen und die Harze können als Epoxitharz oder Phenolharz mit pulverförmigen Füllstoffen in Form von Graphit und Polytetrafluorethylen versehen sein.
Der Wickelkern wird üblicherweise zur besseren Entformbarkeit vor dem Aufwickeln des Filaments mit einem Trennmittel benetzt.
Die entsprechende Wicklung wird dann bei ca. 130°C bis 170°C gehärtet. Zudem kann auf diese erste Wicklung noch ein mit Harz getränktes Glasroving gewickelt und danach gehärtet werden, dass eine harte und feste Stützschicht bildet.
Die Maßhaltigkeit des Innendurchmessers wird durch den metallischen Wickelkern gegeben, der Außendurchmesser kann durch spanende Bearbeitung nach der Herstellung eingestellt werden.
Das entsprechend gewickelte Rohr wird nach der Härtung in benötigte Längen geschnitten.
Die beschriebene Wickeltechnik ist relativ aufwendig und teuer.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen zu schaffen, die dennoch alle Anforderungen in Bezug auf Maßhaltigkeit, Reibungsfaktoren und mechanische Festigkeit erfüllen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dabei geht die Erfindung von einem Rohrabschnitt aus einem ersten Material aus, der als Gießform für ein zweites Material verwendet wird und selbst eine vergleichsweise hohe mechanische Festigkeit und Temperaturstabilität aufweist. Der Rohrabschnitt wird zunächst einseitig verschlossen, dann mit einem flüssigen zweiten Material wenigstens teilweise gefüllt, darauf am anderen Ende unter Freilassung einer Belüftungsöffnung ebenfalls verschlossen und um seine Zylinderachse in Rotation versetzt. Durch die Rotation wird bei ausreichender Drehzahl durch Wirkung der Fliehkräfte das flüssige Material im Inneren des Rohrabschnittes zentrifugal an die Mantelfläche gedrückt und gleichmäßig verteilt wenn die Rotation schnell genug erfolgt, so dass die Fliehkräfte groß gegen die wirkenden Gewichtskräfte sind. Das flüssige zweite Material verteilt sich dann gleichmäßig an der Innenwand des Rohrabschnittes und bildet eine Innenschicht, die im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und die spätere Gleitschicht bildet. Während der Rotation des Rohrabschnittes wird das flüssige Material zumindest soweit gehärtet, dass es formstabil ist.
Somit kann durch das beschriebene Verfahren eine zweischichtige Gleitlagerbuchse gebildet werden, die eine äußere feste Stützschicht und eine innere Gleitschicht aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rohrabschnitt nach der Erhärtung des zweiten Materials gemeinsam mit diesem in Zylinderscheiben geteilt wird.
Auf diese Weise lässt sich in einem Schleudergussverfahren eine Vielzahl von Gleitlagerbuchsen herstellen, die durch Teilung des Rohrabschnittes in Axialrichtung nach der Härtung vereinzelt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Erhärtung des zweiten Materials durch Erhöhung der Temperatur bis auf eine Härtetemperatur erfolgt.
Die Härtung eines Gießwerkstoffs durch Erwärmung ist ein übliches Verfahren für Duromere und es können dabei vorteilhaft Härtetemperaturen zwischen 140°C und 160°C je nach dem gewählten zweiten Material eingestellt werden. Grundsätzlich sind aber auch andere Härtverfahren wie zum Beispiel die Strahlungshärtung einsetzbar.
Es ist auch vorteilhaft denkbar, eine Härtung durch Aufbringen eines zeitlich gestuften Temperaturprofils zwischen 40°C und 140°C durchzuführen. Als zweites Material kommen zum Verguss die üblichen Harze wie Epoxitharze und Phenolharze mit entsprechenden Härtetemperaturen in Frage.
Dabei können zusätzlich Füllstoffe wie Polytetrafluorethylen oder Graphit vorgesehen sein, die für möglichst gute Gleiteigenschaften sorgen.
Der Rohrabschnitt, der als Gussform dient, kann beispielsweise aus einem Metall gebildet sein, insbesondere aus einem nicht rostenden Metall. Vor dem Einfüllen des zweiten Materials in flüssiger Form wird der Rohrabschnitt vorteilhaft entfettet, um eine gute Haftung des Gießwerkstoffs an der Innenwand des Rohrabschnitts zu gewährleisten.
Alternativ zur Verwendung eines Metalls ist es jedoch auch möglich, den Rohrabschnitt aus einem festen Kunststoff zu bilden, der eine Temperaturfestigkeit aufweist, die sicherstellt, dass der Rohrabschnitt bei Erreichen der Härtetemperaturen des zweiten Materials fest bleibt.
Die Drehzahlen, die während der Härtung des zweiten Materials vorteilhaft erreicht werden sollten, liegen zwischen 60 Umdrehungen pro Minute und 600 Umdrehungen pro Minute, um entsprechende Fliehkräfte zu erreichen, die eine möglichst gleichmäßige Verteilung des zweiten Materials an der zylindrischen Innenwand des Rohrabschnittes gewährleisten.
Dabei kann die Drehachse, die der Zylinderachse des Rohrabschnitts entspricht, entweder vertikal stehen, wobei eine sehr hohe Drehzahl gefordert ist, damit eine parabolische, aber abschnittsweise näherungsweise zylindrische Form bei der Verteilung des flüssigen Werkstoffs eingestellt werden kann.
Es ist jedoch vorteilhaft auch eine horizontale Ausrichtung der Rotationsachse denkbar, bei der die gleichmäßige Verteilung des flüssigen Werkstoffs in zylindrischer Form in dem Rohrabschnitt noch einfacher wird.
Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse auch auf eine mit einem solchen Verfahren hergestellte Gleitlagerbuchse, insbesondere eine zweischichtig hohlzylindrische Gleitlagerbuchse, die aus einem Rohrabschnitt aus einem ersten Material und einem mit diesem stoffschlüssig durch Eingießen verbundenen hohlzylindrischen Teil aus einem zweiten Material besteht.
Dabei kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Rohrabschnitt aus einem Metall besteht und dass wenigstens eine der Stirnseiten der Gleitlagerbuchse durchgehend als Schnitt- oder Sägefläche ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäßen Gleitlagerbuchsen zeichnen sich durch einen geringen Herstellungspreis bei hoher Stabilität und guter Maßhaltigkeit aus.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigt
1 in dreidimensionaler Ansicht eine fertige Gleitlagerbuchse;
2 schematisch die Bewegung des Rohrabschnittes;
3 in einer Ansicht den angetriebenen Rohrabschnitt während der Härtung in horizontaler Ausrichtung;
4 den Rohrabschnitt in vertikaler Ausrichtung sowie
5 schematisch das Verhalten des flüssigen zweiten Werkstoffs bei vertikaler Ausrichtung der Rotationsachse des Rohrabschnitts.
1 zeigt einen Rohrabschnitt 1, der aus einem ersten Material, beispielsweise aus Stahl besteht, der jedoch auch aus einem Duromer mit einer Temperaturstabilität bis über 140°C bestehen kann. Im Inneren des Rohrabschnittes 1 befindet sich eine feste Duromerschicht 2, die innerhalb des Rohrabschnittes 1 rotierend durch Wärmeeinwirkung gehärtet ist.
Um eine feste Haftung des Duromers 2, das das zweite Material bildet, an dem Rohrabschnitt 1 zu gewährleisten, wird der Rohrabschnitt vor der Befüllung mit dem flüssigen zweiten Material entfettet.
In der 1 ist zudem eine Teilungsebene 3 angegeben, in der ein Sägeschnitt durchgeführt und damit der Rohrabschnitt 1 in Axialrichtung 4 geteilt werden kann, um einzelne Gleitlagerbuchsen zu bilden. Diese werden dann jeweils aus der inneren, durch das Duromer 2 gebildeten, Gleitfschicht und einem äußeren, durch einen Metallrohrabschnitt gebildeten, Stützring zur Verleihung der mechanischen Festigkeit gebildet.
Aus der 2 sind die Drehrichtungen 5 um die Zylinderachse 4 ersichtlich, die innerhalb des Rohrabschnitts eine Zentrifugalbewegung des zunächst flüssigen Materials 2 bewirken, so dass sich dies in Form eines Hohlzylinders an der inneren Mantelfläche des Rohrabschnitts 1 gleichmäßig verteilt.
Für eine gleichmäßige Verteilung sind Umdrehungszahlen des Rohrabschnittes 1 zwischen 60 Umdrehungen pro Minute und 600 Umdrehungen pro Minute vorteilhaft.
In der 3 ist eine Seitenansicht des Rohrabschnitts 1 dargestellt, der in zwei Wälzlagern 6, 7 rotierend gelagert ist. In der 3 sind zudem Endverschlüsse 8, 9 dargestellt, die ein Auslaufen des flüssigen Materials 2 aus dem Rohrabschnitt 1 verhindern. Wenigstens einer der Endverschlüsse 9 ist mit einer Entlüftungs- oder Belüftungsöffnung 10 versehen, so dass auch eine Volumenänderung des zunächst flüssigen Materials 2 bei der Härtung ausgeglichen werden kann.
In der 3 ist außerdem ein Antriebsmotor 11 dargestellt, der den Rohrabschnitt 1 mit der erforderlichen Umdrehungszahl antreibt.
Zu einer gleichmäßigen Verteilung des zunächst flüssigen Harzmaterials 2 in dem Rohrabschnitt 1 ist vorteilhaft, dass die Zentrifugalkraft weit größer ist als die auf das flüssige Harz wirkende Gewichtskraft.
Ähnliches gilt für eine Rotation des Rohrabschnittes 1 um seine vertikal ausgerichtete Achse 4, wie es in der 4 dargestellt ist.
In der 5 ist die parabolische Verteilung des flüssigen Materials 2 bei einer Rotation um die senkrecht stehende Zylinderachse 4 dargestellt, wobei die Parabel um so steiler ausfällt, je höher die Umdrehungszahl des Rohrabschnittes 1 um die Achse 4 ist. Bei genügend hohen Drehzahlen kann zumindest abschnittsweise eine hohlzylindrische Ausbildung der in dem Rohrabschnitt zentrifugierten flüssigen Materialschicht 2 angenommen werden, die dann durch Temperatureinwirkung in einem Härteprozess zwischen beispielsweise 140°C und 160°C erhärtet wird oder die einem stufigen Härtungsprozess zwischen 40°C und 140°C unterworfen wird.
Als flüssiges Material kann gängiges Harz wie Phenolharz oder Epoxidharz mit entsprechenden, eine geringe Reibung gewährleistenden Füllstoffen wie Graphit- oder PTFE-Partikeln gewählt werden.
Die Erfindung gewährleistet einen einfachen und kostengünstigen Herstellungsprozess für Gleitlagerbuchsen, wobei diese hohe mechanische Festigkeit und gute Maßhaltigkeit gewährleisten.

1: Rohrabschnitt
2: zweites Material, Duromerschicht
3: Teilungsebene
4: Zylinderachse/Teilungsrichtung
5: Drehrichtung
6, 7: Wälzlager
8, 9: Endverschlüsse
10: Entlüftungs- bzw. Belüftungsöffnung
11: Antriebsmotor

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse, bei dem ein Rohrabschnitt (1) aus einem bis wenigstens 140°C temperaturstabilen ersten Material mit einem flüssigen zweiten Material (2) teilweise gefüllt und darauf endseitig verschlossen wird und bei dem darauf der Rohrabschnitt um seine Zylinderachse (4) derart in Rotation versetzt wird, dass das flüssige zweite Material sich an der inneren Mantelfläche des Rohrabschnitts gleichmäßig verteilt und dass das zweite Material während der Rotation wenigstens bis zur Formstabilität erhärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) nach der Erhärtung des zweiten Materials (2) gemeinsam mit diesem in Zylinderscheiben geteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhärtung des zweiten Materials (2) durch Erhöhung der Temperatur bis auf eine Härtetemperatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung durch Aufbringen eines zeitlich gestuften Temperaturprofils zwischen 40°C und 140°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung zwischen 140°C und 160°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) aus Metall, insbesondere nicht rostendem Metall besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) vor dem Einfüllen des zweiten Materials (2) entfettet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) aus einem temperaturstabilen Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) während der Härtung mit Drehzahlen zwischen 60 pro Minute und 600 pro Minute rotiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rotation die Zylinderachse (4) des Rohrabschnitts (1) vertikal ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rotation die Zylinderachse (4) des Rohrabschnitts (1) horizontal ausgerichtet ist.
Gleitlagerbuchse, bestehend aus einem Rohrabschnitt (1) aus einem ersten Material und einem mit diesem stoffschlüssig durch Eingießen verbundenen hohlzylindrischen Teil aus einem zweiten Material (2).
Gleitlagerbuchse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) aus einem Metall besteht und dass wenigstens eine der Stirnseiten der Gleitlagerbuchse als Schnitt- oder Sägefläche ausgebildet ist.