DE1265979B

DE1265979B - Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer Kunststoffgleitflaeche

Info

Publication number: DE1265979B
Application number: DEA32976A
Authority: DE
Inventors: Paul Peter Thomas
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1958-10-03
Filing date: 1959-10-02
Publication date: 1968-04-11
Also published as: US3094376A

Description

Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer Kunststoffgleitfläche Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer Kunststoffgleitfläche, bei dem ein Lagerzapfen in vorbestimmter Lage in ein Lagergehäuse eingesetzt und der Zwischenraum zwischen Lagergehäuse und Lagerzapfen mit Werkstoff ausgefüllt wird.
Zur Verbesserung der Lagereigenschaften von Gleitlagern ist es bereits bekannt (deutsche Patentschrift 917110), Kunststoffilme zu verwenden, die festhaftend auf den Gleitflächen, wahlweise auf dem Zapfen und/oder auf der Lagerschale, beispielsweise durch Streichen, Tauchen, Spritzen oder Aufschmelzen aufgebracht sind. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Lagerteile aus beliebigen metallischen Werkstoffen hergestellt werden können. Voraussetzung für diese Lagerausbildung ist jedoch, daß der Kunsistoffgleitfilm auf dem Metalluntergrund festhaftet. Die Lagerteile müssen aber mit den vorgeschriebenen Toleranzen hergestellt sein, da die rechte dünne Kunststoffschicht Ungenauigkeiten in der Lagerpassung nicht auszugleichen vermag.
Ferner sind Preßstoffgleitlager bekannt (deutsche Patentschrift 629 859), bei denen der ringförmige Zwischenraum zwischen einem inneren Stützring und einem Außenring mit Kunstharzpreßstoff mittels Druck und Hitze ausgepreßt wird. Der Stützring ist dabei mit Rippen versehen, so daß eine unlösbare Verbindung zwischen dem Preßstoffring und dem Stützring erzielt ist. Bereits während des Preßvorganges erfolgt eine Schrumpfung des Preßstoffringes, so daß sich zwischen dem Preßstoffring und dem Außenring ein Lagerspiel einstellt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Lagerspiel im Betrieb nicht konstant bleibt und dadurch Störungen auftreten. Ferner verursacht die sichere Befestigung des Preßstoffringes am Stützring Schwierigkeiten.
Ferner ist es bekannt (italienische Patentschrift 577 736), die Gleiteigenschaften solcher Lager, bei denen der Zwischenraum zwischen dem Lagergehäuse und dem in das Gehäuse in bestimmter Lage eingesetzten Lagerzapfen mit Werkstoff ausgefüllt wird, dadurch zu verbessern, daß ein der Form des einen Lagerteils angepaßtes gewebtes Fluorkohlenstoffmaterial um dieses Lagerteil herumgelegt wird, worauf dann der verbleibende Zwischenraum zwischen den Lagerteilen mit einem Stützmaterial ausgegossen wird. Dabei darf jedoch das Stützmaterial nicht das Gewebe durchdringen. Es muß deshalb das Gewebe eigens behandelt werden oder mit einer dünnen Zwischenlage überzogen werden. Auch muß bei dieser Lagerausbildung die Gewebeschicht in einer dem zu überziehenden Lagerteil entsprechenden Form hergestellt sein. Dieses Lagerteil kann auch mit einem haftenden Fluorkohlenstoffüberzug zur Verringerung der Reibung versehen sein, wobei dann die Lagerfläche zwischen diesem Überzug und der Gewebeschicht, nicht aber zwischen dem Lagerteil und dem Überzug gebildet ist.
Die Erfindung geht nun ebenfalls von dem Gedanken aus, beim Herstellen eines Gleitlagers mit einer Kunststoffgleitfläch e den Zwischenraum zwischen Lagergehäuse und Lagerzapfen zur Abstützung mit einem Werkstoff auszufüllen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht dabei darin, das Herstellungsverfahren gegenüber der Gewebeschichten verwendenden Lagerbauweise wesentlich zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lagerzapfen mit einer unmittelbar auf seiner Oberfläche haftend aufgebrachten reibungsarmen Lagerschicht in das Lagergehäuse eingesetzt und nach dem Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen Lagerschicht und Lagergehäuse mit einer aus fest auf der Lagerschicht haftendem Werkstoff bestehenden Füllschicht die Haftung zwischen dem Lagerzapfen und der Lagerschicht durch Bewegen des Lagerzapfens aufgehoben wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Lager ist also sowohl eine Haftung zwischen der Lagerschicht und dem Lagerzapfen als auch zwischen der Füllschicht und der Lagerschicht und dem Lagergehäuse vorhanden.
Nach der Fertigstellung des Lagers bleibt bei einer genügend kräftigen Bewegung des Lagerzapfens die Haftung zwischen der Füllschicht und der Lagerschicht aufrechterhalten, während jedoch die Haftung zwischen dem Lagerzapfen und der Lagerschicht aufgehoben wird. In vorteilhafter Weise kann die Lagerschicht in sehr einfacher Weise auf die Oberfläche des Lagerzapfens aufgebracht werden, wobei die Haftung groß genug ist, daß beim nachfolgenden Einbringen der Füllschicht die Lagerschicht nicht abgetragen werden kann, so daß die Lagerschicht stets die Oberfläche des Lagerzapfens gleichmäßig umgibt. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren wesentlich.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Füllschicht nach ihrem Einbringen im fließfähigen Zustand verfestigt werden. Ferner kann die Füllschicht unter zusätzlichem Druck verformt werden. Dadurch lassen sich die Lagereigenschaften verändern.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann entweder die Füllschicht unter solchem Druck eingespritzt werden, daß nach dem Verfestigen die Haftung an der Lagerschicht aufrechterhalten wird, oder es kann mindestens ein aus dem Werkstoff der Füllschicht hergestellter Formkörper mit dem Lagerzapfen und der Lagerschicht zusammengefügt und beim Einsetzen in das Lagergehäuse unter Druck verformt werden. Es ist dabei nicht notwendig, daß der Formkörper genau der Form des Zwischenraums entspricht, vielmehr kann die Füllschicht auch einfach auf die Lagerschicht aufgebracht werden, worauf dann beim Einsetzen in das Lagergehäuse die Füllschicht unter Druck verformt wird. Ist die Füllschicht elastisch, so lassen sich Lager herstellen, die unempfindlich gegen Stöße und schwingungsgedämpft sind.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Lagerschicht unmittelbar auf den Lagerzapfen als Lösung aufgetragen und die Lagerschicht nach dem Auftragen der Lösung durch Austreiben des Lösungsmittels gebildet werden. Auch kann die Lagerschicht auf den Lagerzapfen als Dispersion aufgetragen und daraus die Lagerschicht durch Erwärmen gebildet werden.
Aus dem eingangs genannten Herstellungsverfahren für ein Gleitlager ist das Aufbringen von Gleitschichten auf Metallteilen durch Lufttrocknung, thermische Behandlung oder katalytische Beeinflussung an sich bekannt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 ist ein Schnitt durch ein Kugelgelenklager; F i g. 2 ist ein Schnitt durch ein Kugelgelenklager einer anderen Ausführungsform; F i g. 3 ist ein Schnitt durch eine Lagerbuchse; F i g. 4 ist ein Schnitt durch ein Lager einer weiteren Ausführungsform; F i g. 5 ist ein Schnitt durch eine elastische nicht tung.
Fig. 1 zeigt ein Kugelgelenklager 8, welches aus einem mit einem Bolzen 9 versehenen kugelförmigen Lagerzapfen 10 besteht, wobei um die Kugel herum ein geteiltes Lagergehäuse 12 angeordnet ist. Das Lagergehäuse 12 besteht aus einer oberen Hälfte 14 und einer unteren Hälfte 16 mit ringförmigen Flan- schen 18 und 20, welche beispielsweise durch Iuaschweißung od. dgl. aneinander befestigt sind.
Auf die Oberfläche des tagerzapfens 10 wird ein verhältnismäßig dünner Überzug aus reibungsarmem Werkstoff als Lagerschielit n aufgebracht und wwr Anwendung von Wärme und Druck durch eg der oberen Hälfte 14 des Lagergehäuses 12 befindliche Öffnung 26 ein härtbarer Werkstoff eingespritzt, der den Zwischenraum zwischen der äußeren Obere fläche der Lagerschicht 22 und der inneren ObetF fläche des Lagergehäuses 12 vollkommen ausfüllt, wobei ein nicht dargestellter Stempel die zwischen dem Bolzen 9 und der unteren Hälfte 16 gebildete ringförmige Öffnung27 abschließt, um ein Entwchen der Füllschicht 24 bei der Einspritzung zu verhindern. Da die Füllschicht 24 unter Anwendung von Wärme und Druck eingespritzt wird, läßt sich eine innige Verbindung und feste Haftung an der Lagerschicht 22 durch Reibung erzielen. Nach dem Aushärten der Füllschicht 24, sei es durch Zufiltiren von Wärme bei einem hitzehärtenden Material, oder durch Kühlen bei einem thermoplastischen Material, stützt sie die Lagerschicht 22 ab, so daß diese auch nach der folgenden Behandlung mit der Oberfläche des Lagerzapfens 10 in Berührung gehalten wird Die Reibung zwischen der Füllschicht 24 und der Lagerschicht 22 ist so groß, daß eine Bewegung zvn0gtZg diesen beiden Schichten verhindert wird. Die Fliller schicht 24 wiederum kann durch bekannte ElinS materialien entweder an die Innenfläche des Lage gehäuses 12 gebunden oder durch Ausbildung des Lagergehäuses 12 mit einer unregelmäßigen I,tra fläche gehalten werden.
Nach Fertigstellung des Kugelgelenklagers 8 wird zwischen dem Lagergehäuse 12 und dem Bolz 9 eine starke Losreißkraft ausgeübt, um die Lag schicht 22 von der Oberfläche des L6rzapf 10 loszulösen. Es hat sich nämlich gezeigt, dann sogar hochpolierte Metallflächen geringe UnregelmBt keiten aufweisen und daß die Lagerschicht 22 sich diesen Unregelmäßigkeiten anpaßt und infolgedessen auf dem Lagerzapfen 10 festsetzt. Ist jedoch die Lagerschicht 22 einmal losgebrochen, so bildet sie eine sehr genau angepaßte Lagerfläche mit frei Reibung.
Die Lagerschicht 22 soll einen festen dünnen r bungsarmen Film oder Überzug, der unmittelbar auf dem Lagerzapfen 10 haftend aufbringbar ist, bilden, und deshalb beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, Trifluorchloräthylen und Polyäthylen hoher Dielite bestehen. Der reibungsarme Werkstoff kann jede beliebige Ausgangsform aufweisen, beispielsweise feinverteilt, plastisch oder pulverisiert oder in Form einer Lösung, und kann durch Bürsten, Sprühen oder Tauchen auf die Oberfläche des Lagarzapfeas 10 aufgebracht werden. Auch kann eWe Folie das z. B. Polytetrafluoräthylen auf die Oberfläche des Lagerzapfens 10 aufgeformt werden, indem dar Lagerzapfen 10 erwärmt und in die Folie eingeht wird, so daß der Überzug gebildet wird. Es k aber auch Formen Verwendung finden.
Beispiele für das Herstellen der Lagerschicht4: Beispielsweise besteht eine wäßrige Lösung aus 59 bis 61 Gewichtsprozent Tetrafluoräthylenharz, 5,5 bis 6,5 Gewichtsprozent nichtionischem sulfonlertem Netzmittel und im übrigen aus Wasser. Das NVaswr kann nach vorsichtiger Erwärmung entfernt wer woraufhin Temperaturen bis zu annähernd 360 bis 4000 C zur Sinterung der kleinen Polytetrafluoräthylenpartikeln zur Bildung einer Lagerschicht hoher Festigkeit angewendet werden können.
Bei Verwendung von Nylon in Form einer wäßrigen Isopropylalkoholdispersion ist z. B. die gewichtsmäßige Zusammensetzung wie folgt: 200/o Nylon, 80°/o Wasser, 200/0 Isopropylalkohol. Die Lösungsmittel werden ebenfalls durch allmähliche Erwärmung ausgetrieben und das Nylon bei einer Temperatur von annähernd 163 bis 2050 C gesintert.
Die Lagerschicht 22 kann ebenso als Polyäthylenlösung, mit 15 Teilen Polyäthylen und 35 Gewichtsteilen Tetrahydronaphthalin oder Decahydronaphthalin aufgebracht werden. Die Mischung wird auf etwa 1770 C während etwa 5 Minuten erwärmt und auf den Lagerzapfen 10 aufgebracht, wobei sie nach Abkühlen geliert. Das Lösungsmittel wird dann durch allmähliche Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 1320 C ausgetrieben. Diese Temperatur muß sorgfältig überwacht werden, da eine zu hohe Temperatur ein Auslaufen der Lagerschicht und eine zu niedrige Temperatur ein unvollkommenes Schmelzen derselben zur Folge haben würde.
Verschiedene Monochlorotrifluoräthylenlösungen und/oder Dispersionen, manchmal auch Polyhalocarbon genannt, können ebenfalls zur Anwendung kommen, doch sind diese nicht in Wasser, sondern in einem organischen Lösungsmittel löslich Die Lösung wird aus einem in Monochlorotrifluoräthylenenmonomer gelösten Monochlorotrifluoräthylenharz bereitet.
Die Polytetrafluoräthylendispersion braucht nicht gesintert zu werden; sie kann bei Temperaturen etwas oberhalb des Siedepunktes des Wassers sanft erwärmt werden, so daß das Wasser verdampft, womit eine flockige Polytetrafluoräthylenumhüllung erzielt wird, welche auf Wunsch bei Temperaturen von annähernd 2330 C noch weiter erwärmt werden kann, um einen zäheren Überzug zu bilden. Beim Verdampfen des Wassers bei etwa 1070 C haften die Partikeln zusammen und bilden den erwähnten flockigen Überzug. Dies ist wahrscheinlich auf eine elektronische Bindung zwischen den Partikeln zurückzuführen, oder darauf, daß das Netzmittel die Partikeln zusammenhält. In jedem Fall kann der flockige Überzug in der beschriebenen Weise mit einer Füllschicht versehen werden.
Beim Einspritzen des Werkstoffs für die Füllschicht 24 muß darauf geachtet werden, daß der flockige Überzug nicht fortgespült wird. Der Werkstoff für die Füllschicht 24 wird vorzugsweise auf höhere Temperaturen erwärmt, damit er besser fließt.
Wird der flockige Überzug auf etwa 2330 C erwärmt, so wird er zäher und fester und läßt sich leichter handhaben, da wahrscheinlich das Netzmittel aus einem geleeartigen in einen festen Zustand übergeführt wird, so daß die Polytetrafluoräthylenpartikeln fester zusammenhalten. Beim Sintern bei höheren Temperaturen wird das Netzmittel als Gas ausgetrieben, Partikeln verschmelzen miteinander und bilden einen festen Überzug.
Der Werkstoff für die Füllschicht 24 kann ebenfalls ein beliebiges wärmehärtendes oder thermoplastisches Material sein, solange es sich in der beschriebenen Weise um einen Lagerzapfen formen und härten läßt, um die erforderliche Abstützfestigkeit zu ergeben. So kann beispielsweise phenol- oder polyäthylen-imprägniertes Glasfasermaterial und Nylon verwendet werden. Es kann auch ein gummiartiges oder elastisches Material sein, welches sich um die Lagerschicht 22 herumspritzen und härten läßt. So kann aber auch ein vorgeformter Gummischuh als Abstützelement verwendet werden.
Wesentlich ist, daß die Füllschicht 24 bzw. der aus dem Werkstoff der Füllschicht hergestellte Formkörper fest an der Lagerschicht 22 haftet, so daß gegenseitige Verschiebungen ausgeschlossen sind und ferner die Lagerschicht 22 sich mit der Oberfläche des Lagerzapfens 10 bzw. des betreffenden Lagerelementes in inniger Berührung befindet.
Auch kann der Werkstoff für die Füllschicht 24 in plastischem Zustand auf die Lagerschicht 22 aufgebracht werden, so daß er beim Einbringen in das Lagergehäuse 12 zusammengepreßt wird und die erforderliche Haftung mit der Lagerschicht 22 erzielt wird. Gegebenenfalls kann mittels des die Öffnung 27 verschließenden Formstempels noch zusätzlicher Druck auf den Werkstoff für die Füllschicht 24 ausgeübt werden. Wird der Werkstoff für die Füllschicht als Formkörper aus wärmehärtendem Material, das teilweise abgebunden hat, zwischen das Lagergehäuse 12 und die Lagerschicht 22 eingesetzt, so kann dann mittels Wärme und Druck der Formkörper ausgeht härtet werden. Somit kann auch auf diese Weise die erforderliche Haftung erzielt werden. Den Formkörper wird man dann zweiteilig ausbilden.
Beim Einspritzen des Werkstoffes der Füllschicht 24 durch die Öffnung 26 unter Druck kann sich die Lagerschicht 22 unterhalb der Öffnung 26 unter Umständen ablösen. Um dem zu begegnen, kann man den Einspritzdruck steuern, also anfänglich geringer halten, oder gemäß Fig 1 die Lagerschicht 22 wenigstens im Bereich der Wölbung unterhalb der Öffnung 26 leicht verstärken.
In der Zeichnung sind die Lagerschichtstärken übertrieben dargestellt. In der Praxis werden Überzüge mit einer Dicke zwischen 0,0254 bis 0,0381 mm im unteren Bereich des Lagerzapfens 10 und von 01,254 bis 0,762 mm an der Wölbung des Lagerzapfens 10 im Bereich der öffnung 26 mit Erfolg verwendet.
Die veränderliche Stärke des Überzugs auf dem Lagerzapfen 10 kann in Druckgußformen hergestellt werden. Dabei wird auch der Überzug verdichtet und widerstandsfähiger gegen Eindringen des härtbaren Werkstoffes der Füllschicht 24.
Gemäß F i g. kann ein verhältnismäßig dünner Firnsüberzug 28 od. dgl. auf die Lagerschicht 22 als zusätzlicher Schutz gegen Eindringen der Füllschicht 24 bis an die Oberfläche des Lagerzapfens 10 aufgebracht werden. Der dünne Firnisüberzug 28 beeinträchtigt die Haftkräfte der Lagerschicht 22 und der Füllschicht 24 nicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist die Lagerschicht 22 auf der zylindrischen Oberfläche einer Lagerbuchse 30 und auf den Innenflächen der radial vorstehenden Schultern 32 aufgebracht. Der Füllwerkstoff wird als Füllschicht 24 in der beschriebenen Weise um die Lagerschicht 22 herum und in das zylindrische Gehäuse 34 eingegossen. In F i g. 3 geschieht dies durch die Öffnung 26. Somit kann sich die Lagerbuchse 30 gegenüber dem Gehäuse 34 frei drehen, ist jedoch durch die Schultern 32 an Axialbewegungen gehindert. Die Schultern 32 können lösbar angeordnet sein, so daß die Lagerbuchse auch auf Wellen mit gleichem Durchmesser verwendet werden kann.
Die Erfindung wird mit Vorteil auf unregelmäßigen Oberflächen Verwendung finden. In Fig.4 ist eine Lagerschicht 22 gezeigt, die auf den Ringnuten 38 der Welle 36 aufgebracht ist. Über diesem Abschnitt der Welle 36 ist ein Lagergehäuse 40 mit einer Öffnung 42 zum Einbringen der Füllschicht 24 angeordnet. Die Welle 36 ist frei drehbar, doch nicht längsverschieblich gelagert. Die Welle 36 kann auch mit einem Schraubgewinde versehen sein.
Bei Verwendung von gummiartigem oder anderem elastischem Werkstoff als Abstützung für die Lagerschicht 22 kommt die Haftkraft durch das Zusatz menpressen der Gummifüllschicht zustande. Ist die Haftung zwischen dem Lagerzapfen und der Lagerschicht einmal aufgehoben, so reicht die Haftung zwischen der Lagerschicht und der Gummifüllschicht allemal aus. Diese Ausbildung des Lagers eignet sich für Dichtungen. In F i g. 5 ist z. B. die Lagerschicht 22 auf eine Welle 44 aufgebracht und eine vorge formte Gummibuchse 46 wird durch einen passenden Ring 48 an die Lagerschicht 22 und die Welle gepreßt. Beim Einsetzen in die Öffnung 50 eines Gehäuses 52, z. B. eines Zylinders, ergibt sich eine gute Abdichtung, auch wenn die Welle 44 umläuft oder an Stelle der Welle 44 eine hin- und hergehende Kolbenstange angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einer Kunststoffgleitfläche, bei dem ein Lagerzapfen in vorbestimmter Lage in ein Lagergehäuse eingesetzt und der Zwischenraum zwischen Lagergehäuse und Lagerzapfen mit Werkstoff ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (10) mit einer unmittelbar auf seiner Oberfläche haftend aufgebrachten reibungsarmen Lagerschicht (22) in das Lagergehäuse (12) eingesetzt und nach dem Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen Lagerschicht (22) und Lagergehäuse (12) mit einer aus fest auf der Lagerschicht (22) haftendem Werkstoff bestehenden Füllschicht (24) die Hao zwischen dem Lagerzapfen (10) und der Lager schicht (22) durch Bewegung des Lagerzapfens (10) aufgehoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Füllschicht (24) nach ihres Einbringen im fließfähigen Zustand verfeætigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllschicht (24) unter solchem Druck eingespritzt wird, daß nach dem Verfestigen die Haftung an der Lagerschicht (22) aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gS kennzeichnet, daß die Füllschicht (24) unter zusätzlichem Druck verformt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein aus dem Werkstoff der Füllschicht (24) hergestellter Formlröro per mit dem Lagerzapfen (10) und der Lagerschicht (22) zusammengefügt und beim Einsetzen in das Lagergehäuse (12) unter Druck verformt wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (22), unmittelbar auf den Lagerzapfen (10) als Lösu aufgetragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gb kennzeichnet, daß die Lagerschicht (22) nach dem Auftragen der Lösung durch Austreiben des Lösungsmittels gebildet wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (24 auf den Lagerzapfen (10) als Dispersion aeetragen und daraus die Lagerschicht (22) durca, Erwärmen gebildet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 629 859, 887 264, 917110, 967994; französische Patentschrift Nr. 1 174 891; italienische Patentschrift Nr. 577736.