DE1775868A1

DE1775868A1 - Lager und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1775868A1
Application number: DE19671775868
Authority: DE
Inventors: Mccloskey Albert Richard
Original assignee: Heim Universal Corp
Current assignee: Heim Universal Corp
Priority date: 1966-07-21
Filing date: 1967-07-19
Publication date: 1970-12-10
Also published as: DE1704706A1; GB1203082A; US3471207A; DE1704706C3; AT298897B; CH519662A; GB1203083A; SE365853B; GB1203081A; DE1704706B2; DK124425B; BE710205A; NL6710096A

Description

Potentem wall

Dr.-Ing. Wilhelm Reiche!

Frank iuri / Main-1
Pcakslraße 13

5786

THE HEIM UNIVERSAL. CORPORATION, Fairfield, Connecticut, V.St.A.

Laßer und Verfahren zu seiner Herstellung (Ausscheidung aus Patentanmeldung P 17 04 706.2)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager mit einem äußeren Metallkörper und einem inneren .Metallkörper sowie mit einem aus gehärtetem Kunststoff bestehenden, zwischen den Metallkörpern angeordneten Lagerfutter. Dabei handelt es sich insbesondere um Kugelgelenklager, Pendellager sowie Lagerbuch-Gen, die der Einfachheit halber im folgenden nur mit Lager bezeichnet werden. Ferner betrifft die Erfindung ein besonders zweckmäßiges Herstellungsverfahren für derartige Lager.

]ώ lot bekannt, zürn Schmieren von Lagern flüssige Schmiermittel, wie Öle oder Fette, zu verwenden. Abzuschmierende Lager rnüijaon jedoch sorgfältig konstruiert sein, damit da3 öl oder Fett eine Zeitlang im Lager bleibt. Selbst bei den besten Lagerkonotruktionen muß man zu bestimmten periodischen Zeitabntänden öl nachfüllen. Falls kein öl nachgefüllt wird, weil die Lager entweder unzugänglich sind oder nicht richtig gewartet worden, laufen sie sich trocken und nutzen sich schnoll ab.

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Es wurden bereits große Anstrengungen unternommen, Lager unter Verwendung von trockenen Schmiermitteln herzustellen. Dazu benutzte man beispielsweise verschiedenartige Kunststoffe, Graphit ioder besondere Chemikalien. Diese Trockenschmiermittel sind aber im allgemeinen sehr weich und werden daher unter der Einwirkung, von schweren Belastungen deformiert. Sehr oft wird dabei das Schmiermittel aus den Lagern herausgequetscht. Es kommt aber auch häufig vor, daß die Lager lose werden und dann schnell auslaufen. Ferner ist es sehr schwierig, das Trockenschmiermittel mit einem Lagerteil zu verkleben.

Es besteht heute eine große Nachfrage nach einem Lager, dessen Lagerfutter zur Erzeugung einer gut gleitenden Oberfläche einen trockenen Selbstschmierstoff enthält. Der Schmierstoff soll auch bei großen und lang andauernden,Belastungen ' verschleißfest sein. Ferner besteht das Bedürfnis nach einem einfachen und zweckmäßigen Verfahren zum Herstellen derartiger Lager.

Um die obigen Schwierigkeiten zu beseitigen ist das eingangs beschriebene Lager nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit einem Klebharz vermischte, geätzte Polytetrafluoräthylen-Teilchen enthält und daß das Lagerfutter P mittels einer Klebharzschicht mit einem der beiden Metallkörper verklebt ist. i

Die selbst schmierenden Tetrafluoräthylen-i-Teilohen können ^;

flocken- oder pulverförmig und mit einem Träger oder einer Trägerschicht-verklebt sein.

Das Lagerfutter des erfindungsgeraäßen Lagers wird dadurch hergestellt, daß zunächst eine Masse oder ein Gemisch aus einem Epoxidharzkleber und aus Polytetrafluoräthylen-Teilchen auf den Träger aufgebracht wird. Sobald sich das Harz verfestigt hat, wird das Lagerfutter unter gleichzeitiger Hitze-

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und Druckeinwirkung ausgehärtet. Die ausgehärtete und glatt gepreßte Masse weist gute Selbstschmiereigenschaften und eine gute Tragfähigkeit auf. Die gepreßte Masse ist hinreichend "biegsam, so daß sie in Form von zylindrischen Lagerbüchsen ausgebildet werden kann.

Das erfindungsgemäße Lagerfutter kann auch dadurch hergestellt werden, daß ein Kleber in die Zwischenräume eines selbstschmierend en Kunststoffgewebes eingebracht wird, und zwar unter hohem Druck und bei gleichzeitiger Wärmeeinwirkung, um den Kleber auszuhärten. Der Druck soll hinreichend groß % sein, um die.Paden des Gewebes zusammenzupressen und das Gewebe zu glätten. Der beim Pressen ausgehärtete Kleber hält das Gewebe in dem plattgepreßten Zustand fest. Das auf diese Weise bearbeitete Gewebe ist immer noch hinreichend biegsam, so daß es als Lagerbuche ausgebildet werden kann.

Die weitere Ausbildung des erfindungsgemäßen Lagers und das Verfahren zu seiner Herstellung wird in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren be- g schrieben.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lager vor dem Zusammenbau.

Fig. 2 zeigt das in Fig. 1 dargestellte Lager nach dem Zusammenbaut

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein bekanntes, mit einem Klebemittel durchtränktes Gewebe.

l'iß* 4 ist ein Querschnitt durch ein mit einem Klebemittel durchsetzteo Gewebe gemäß der Erfindung.

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Pig. 5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäß ausgebildetes Lager vor dem Zusammenbau.

Pig. 6 zeigt das in Pig. 5 dargestellte Lager nach dem Zusammenbau.

Pig. 7 und 8 zeigen Querschnittsabschnitte von zwei verschiedenartigen Lagerfutterpreßmassen, die in dem in .Pig. 5 gezeigten Lager verwendet, werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagerfutters enthält eine Mischung aus einem wärmehärtbaren Harz und aus •einem selbstschmierenden, hitzebeständigen Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen (Teflon). Vorzugsweise enthält die Masse oder Mischung zu etwa gleichen Volumenteilen ein Epoxidharz (Resiveld R 7119), hergestellt von ILB. Fuller Comp., !St. Paul, Minnesota) und ein Polytetrafluoräthylen-Pulver. Das Polytetrafluoräthylen-Pulver kann man kaufen oder aus handelsüblichen Polytetrafluoräthylen-Platten herstellen, indem man das Material in eine Drehbank einspannt und bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit mit einer Peile bearbeitet. Anstelle des Polytetrafluoräthylen-Pulvers können auch Polytetrafluoräthylen-Flocken mit Polytetrafluoräthylen-Pas er η verwendet werden. Die Pasern können beispielsweise 0,4 mm lang sein. Die Polytetrafluoräthylen-Teilchen können chemisch geätzt werden, so daß sie besser verklebt werden können.

Die Masse oder das· Gemisch aus Epoxidharz und Polytetrafluoräthylen-Pulver kann durch Aufstreichen, Aufsprühen oder durch ein ähnlichen Verfahren auf den Träger gebracht werden. Der 'ürii/for kann beiüpiolüwoiao ein Gewebe aus einer PolyooloriiUipoli'uüor (Uficron), Glasfaser, Aluminium!'olio odor auu einem ähnlichen Stoff sein. Zur besseren Schmierfähigkeit kann man eine weitere Schicht aus Polytetrafluoräthylen-Pulver oder -Flocken auf derjenigen Lagerfutteroberfläche auftragen, die bei dieser Art der' Lagerfutterherst ellung von der Trägerschicht am weitesten entfernt liegt.

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Weiterhin kann man die Putt eroberfläche für diesen Zweck mit einem geeigneten festen Schmiermittel, beispielsweise Molybdändisulfid, bestauben, lieben den guten Schmiereigenschaften vermindert dieser Aufbau die Lagerreibung. Dies wird durch den Ilaraüberzug und durch das Ausglätten der Unebenheiten an der Grenzfläche zwischen dem Lagerfutter und dem Lagerinnenteil erreicht. Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, Molybdändisulf id oder ein anderes Trockenschmiermittel zu verwenden, da Polytetrafluoräthylen selbst ausgezeichnete Schmiereigenschaften hat. Die Harzmasse wird auf der Trägerschicht ausgehärtet, was normalerweise etwa einen Tag dauert.

Das auf diese Weise aufgebaute Lagerfutt'er wird zwischen zwei ebene Platten einer Hochdruckpresse gebracht. Die Druckplatten, die für ein bevorzugtes Klebemittel (Resiveld) auf eine Temperatur zwischen 175 ⁰C bis 205 ⁰C, vorzugsweise 190 ⁰G, erhitzt sind, üben auf die Masse einen Druck zwischen 28 bis 70 kg/cm (vorzugsweise 42 kg/cm ) aus. Dieser Zustand wird für etwa eine halbe Stunde beibehalten. Der Preßdruck wird lediglich kurzzeitig verringert, so daß Gase entweichen können.

Zur achnolleron Herstellung kann man einen Schichtkörper aufbauen. Man nimmt dabei als Unterlage eine rostfreie Stahlplatte, eine Gleitbahn au3 reinem Polytetrafluoräthylen (Teflon), ein nicht ausgehärtetes Lagerfutter, eine weitere Schicht aus reinem Polytetrafluoräthylen, ein weiteres nicht ausgehärtetes Putter usw. Der auf diese Weise aufgebaute Schichtkörper wird auf seiner Oberseite ebenfalls mit einer rostfreien Stahlplatte abgedeckt. Die Gleitbahnen au3 reinem Polytetrafluoräthylen sollen ein Verkleben des Harzes mit den starren Stahlplatten verhindern. Die Dicke eines derartig aufgeschichteten Stapels ist jedoch begrenzt, und zwar dadurch, daß bei einem zu dicken Stapel die mit Klebemittel versehenen Futter die erforderliche Aushärttemperatur nicht erreichen. Aus diesem Grund und auch zur Erzielung einer besseren mechaniochon Postigkeit kann man weitere rostfreie Stahlplatten

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einschieben, die auf beiden Seiten mit Gleitplatten aus PoIytetrafluoräthylen umgeben sind.

Aufgrund des bereits beschriebenen Vorganges wird das Harz (Resiveld) ausgehärtet. Dabei wird das Harz polymerisiert. Dies ist ein nicht umkehrbarer Vorgang. Die Polytetrafluoräthylen-Teilchen verkleben dabe'i mit dem Träger und werden unverrückbar festgehalten. Nach der Aushärtezeit wird das . glattgepreßte Putter der Presse entnommen. las.Putter ist biegsam und kann sehr leicht in eine zylindrische oder röh-P renartige Form gebracht werden.

Dann wird eine weitere nicht ausgehärtete Harzschicht auf das Putter aufgebracht, und zwar insbesondere auf den Futterträ- ' ger. Man läßt diese zweite Harzschicht härten, beispielsweise einen Tag lang.' Bei dieser Harzschicht handelt es sich vorzugsweise um dasselbe Epoxidharz, das vorher verwendet wurde,· obwohl man auch andere Klebemittel verwenden könnte. Derartige Klebemittel können als Film oder Folie gekauft werden. '

Wie man aus dem in Fig. 5 gezeigten Querschnitt sieht, wird das Futter 30 mit der nichtgehärteten zweiten Harzschicht k und mit der Trägerschicht 50 röhrenförmig ausgebildet und zwischen einen zusammenpreßbaren oder zusammenstauchbaren metallischen Außenkörper und einen Innenkörper eines Kugelgleitlagers gebracht. Die Körper 10 und 20 sind mit miteinander angepaßten konkaven bzw. konvexen Flächen versehen. Das Lager wird dann unter Druck zusammengepreßt oder zusammengestaucht. Dies kann dadurch geschehen, daß man eine schräg zulaufende Form über das Außenteil preßt, um das in Fig. 6 gezeigte zusammengebaute lager zu bilden.

Da die Polytetrafluoräthylen-Teilchen in dem ausgehärteten Harz, das mit.der Trägerschicht verklebt ist, fest in ihrer Lage gehalten werden, weist das erfindungsgemäße lagerfutter keine nachteiligen federnden Eigenschaften auf, wie es bei

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den bekannten Futtern aus Geweben der Pail war. Das erfindungsgemäße Lagerfutter wird daher nach dem Stauch- oder Kontrakt ionsVorgang durch schwere Belastungen nicht mehr deformiert. Aus diesem Grunde können enge und gleichförmige Toleranzen zwischen den inneren und äußeüen lagerteilen gewährleistet werden. .

Nach dem Zusammenbau und Zusammenpressen wird das Lager in einen Ofen gebracht und auf eine Temperatur erhitzt, die etwas geringer ist als die bei dem ersten Aushärtvorgang benutzte Temperatur, d.h. etwa 177 ⁰C für ein bevorzugtes Klebemit- M tel (Resiveld). Eine etwas niedrigere Temperatur reicht aus, um die zweite Harzschicht auszuhärten und das zusammengesetzte Putt er 30 mit dem Außenteil 10 zu verkleben. Da diese Temperatur etwas geringer ist als die Temperatur beim ersten Aushärtvorgang, wird die an das Innenteil oder den Innenring 20 angrenzende Schmierfläche des Lagerfutters während dieses zweiten Wärmevorgangs nicht erweicht. Auf diese Weise entsteht keine unerwünschte Verklebung zwischen dem Lagerfutter 30 und dem Innenring 20. Wenn es wünschenswert ist, dann kann man das Lagerfutter 30 mit seiner Harzunterlage gegenüber dem inneren Laufring 20 anordnen, so daß es mit ihm verklebt.

Die Figuren 7 und 8 zeigen einen Querschnitt durch zwei Lager- f futter, von denen das eine zusätzliche Tetrafluoräthylen-Teilchen an seiner selbstschmierenden oberen Fläche enthält.

Das erfindungsgemäße Lagerfutter wird vorzugsweise aus einem mit Polytetrafluorethylen-Fäden ausgebildeten Gewebe hergestellt. Ein derartiges Gewebe kann eine einzige Gewebelage oder ein zusammengesetztes Doppelgewebe mit Polytetrafluoräthylen-Fäden enthalten, die mit anderen besser verklebbaren Faden, beispielsweise aus Baumwolle oder Polyester (Dacron), verwebt sind. Ein derartiges Gewebe wird beispielsweise von der Rüssel Manufacturing Company hergestellt.

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Ein nicht ausgehärtetes hitzehärtbares Harz, beispielsweise das bereits erwähnte Epoxidharz (Resiveld R-7119), wird auf die eine Oberfläche des Gewebes aufgetragen. Das Harz kann durch Aufstreichen, Sprühen oder Aufwalzen aufgebracht werden. Die der mit Harz gegenüberliegenden Oberfläche wird ebenfalls mit einem geeigneten festen Schmiermittel bestaubt, beispielsweise mit MoIybdandisuIfid.

Das auf der einen Seite mit einem Harzüberzug versehene Gewebe wird zwischen die Druckplatten einer Hochdruckpresse gebracht. Während des Pressens werden die Druckplatten erhitzt, wobei die Platten solange den Druck ausüben, bis das Harz ausgehärtet ist. Wenn der gleiche Harzkleber (Resiveld) wie bei dem zuerst beschriebenen Verfahren benutzt wird, dann wird etwa die gleiche Temperatur benutzt, die bereits in bezug auf die PoIytetrafluoräthylen-Teilchen weiter vorne angegeben wurde. Der notwendige Druck liegt etwa bei 105 kg/cm , was auch von dem benutzten Polytetrafluoräthylen-Gewebe (Teflon) abhängt.

Zur schnelleren Herstellung kann wieder das bereits erwähnte Schichtverfahren angewendet werden, bei dem abwechselnd Schichten aus nicht gehärteten Lagerfuttern und Gleitbahnen aus Poly-, tetrafluoräthylen zwischen rostfreie Stahlplatten gelegt werden.

.Nach dem Aushärtevorgang wird das durchsetzte oder durchtränkte Gewebe aus der Presse herausgenommen. Das auf diese Weise behandelte Gev/ebe ist biegsam, so daß es sehr leicht röhrenförmig ausgebildet werden kann. Allerdings ist es nicht so biegsam, wie das ursprüngliche. Gewebe. Beim Biegen des Gewebes treten keine Risse auf, und das ausgehärtete Klebemittel trennt u I oh nicht von den Gewobefasern.

Ali Γ dom zusammengepreßten Gewebe wird dann eine weitoro nicht ausgehärtete Harzschicht aufgetragen. Bei einem_vDoppelgewebe -wird die zweite Schicht auf diejenige Seite aufgebracht, auf der sich die besser verklobbaren Fasern befinden. Diese ssweit© Jlarznchicht kann ebenfalls auf das Gewebe aufgestrichon werden,

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obgleich auch andere Verfahren zum Aufbringen des Harzes angewendet werden können.

Wie in Pig. 1 gezeigt ist, wird das zusammengepreßte Gewebe mit der zweiten"nicht ausgehärteten Harzschicht 3 als Hohlzylinder ausgebildet und zwischen den dehnbaren oder zusammenstauchbaren metallischen Außenteil oder äußeren Laufring und den Innenteil oder inneren Laufring 2 eines Kugelgleitlagers gebracht. Die Laufringe 1 und 2 weisen einander angepaßte konkave bzw. konvexe Flächen auf. Das Lager wird dann unter Anwendung von Druck zusammengezogen, um das in Pig. 2 M

gezeigte zusammengebaute Lager zu bilden.

Da die Pasern des zusammengepreßten Lagerfutters von dem ausgehärteten Harz fest in ihrer Lage gehalten werden, zeigt dieses erfindungsgemäße Lagerfuttergewebe keine federnden Eigenschaften wie die bekannten Gewebe. Das erfindungsgemäße Lagerfutter wird daher nach dem Zusammenziehen oder Zusammenbau unter Einwirkung von schweren Belastungen nicht deformiert. Auf diese Weise kann man enge und gleichförmige Toleranzen zwischen den inneren und äußeren Lagerteilen aufrechterhalten.

Nach dem Zusammenpressen und Zusammenbau wird das Lager in einen Ofen gebracht. Unter Einwirkung von Hitze wird die zwei- "

te Harzüchicht ausgehärtet und dabei das Polytetrafluoräthylon-Gewebe 3 mit dem äußeren Laufring verklebt. Wenn es wünschenswert ist, dann kann man das Gewebe mit seiner Klebeoberfläche gegenüber dem inneren Laufring 2 anordnen, so daß das Futter mit dero Innenring des Lagers verklebt.

Fig. 3 zeigt ein Polytetrafluoräthylen-G-ewebe, das nach einem horkömmlionon Verfahren mit einem metallischen i'rägor verklebt wurde. Hierbei sieht man die Dispersion deo Harzkleborolttelü 6 in einem üchroiermittelgowebe, das auf herkömmliche Art hergßfjtelll; wurde. Boi den bekannten Verfahr on wird nicht dor hohe Druck angewendet; wio bei der Erfindung. Das Klebe-

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mitt el 6 fließt daher bei den 'herkömmlichen Verfahren nur in die Zwischenräume zwischen der Kette 4 und dem Schuß 5 des . Gewebes. Außerdem bildet das Klebemittel 6 auch eine Schicht auf der Rückseite des Gewebes.

Die Fig. 4 zeigt im Gegensatz dazu ein Gewebe, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde- Unter der Einwirkung des hohen Druckes wird das Klebemittel 6 nicht nur zwischen die Kette und den Schuß des Gewebes gebracht, sondern auch zwischen die einzelnen Pasern 7 gepreßt, die einen Gewe- tk befaden bilden. Das Klebemittel 6 verklebt daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl die Fasern als auch die Fäden. .Das Klebemittel hält dann die Gewebefäden in ihrer gepreßten Form fest. Wie bei dem herkömmlichen Verfahren, so ^ wird auch auf der Rückseite des Gewebes eine Klebeschicht gebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verklebt das Klebemittel mit dem. in Fig. 1 gezeigten Metallkörper 1 und umschließt eine beträchtliche Anzahl der Fasern in einem Gewebefaden. Dadurch wird ein wesentlich besseres mechanisches Verkleben als früher erreicht. .

Obwohl die erfindungsgemäße Ausführungsform den Bau von Kugelgleitlagern erläutert, kann man das beschriebene Verfahren ™ auch zum Herstellen von Lagerbuchsen oder anderen Lagerteilen verwenden. In diesen Fällen haben dann die Außenteiie oder äußeren Laufringe 1 bzw. 10 und.die Innenteile oder, inneren Laufringe 2 oder 20 gerade einander angepaßte Flächen.

Ein Lagerfutter kann beispielsweise auch dadurch hergestellt werden, indem man ein reines Klebemittel auf einem Trägerstoff aufträgt und dann Polytetrafluoräthylen-Teilchen auf der selba.tachmierenden Lagerfutteroberfläche aufbringt. Die Polytetrariuoräthylen-Soilchen und das Polytetrafluoräthylen-Gewebe ·^! kann auoh aua Polytetrafluorethylen» daa Kohlenstoff als.SHXl-Htοff (orhältlloh von der Garlook Packing Company) enthält, hurgootollt worden, Ferner kann man im 3?9.!ie eines gowfbten

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Lagerfutters das Epoxidharz auf "beiden Seiten des Gewebes auftragen, so daß das Harz die Gewebe zwis chenräuni e besser durchsetzt, wenn sich das Gewebe zwischen den beheizten Druckplatten befindet. Bei einem gewebten Trägermaterial kann dieses Material aus Metalldraht hergestellt sein, oder es kann sich um ein Gewebe handeln, das zum Teil aus Metalldraht und zum Teil aus einem anderen Material besteht. Der Metalldraht verleiht dem Futter die Eigenschaft, hohen Temperaturen zu widerstehen.

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Claims

- 12 Patentansprüche

1. Lager mit einem äußeren Metallkörper und einera inneren Pletallkörper sowie mit einem aus gehärtetem Kunststoff beistehenden, zwischen den Metallkörpern angeordneten Lageri'uLter, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit einem Klebharz vermischte, geätzte PoIytetrafluoräthylen-Teilchen enthält und daß das Lagerfutter mittels einer Klebharzschicht mit einem der beiden Metallkörper verklebt ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Metallkörper eine konkave Innenfläche'und daß der innere Metallkörper eine konvexe Außenfläche hat.

3. Verfahren zum -Herstellen eines Lagers nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kunststoff mit einem Träger verklebt ist, dadurch gekenn seich η et, daß das mit dem Polytetrafluoräthylen vermischte Klebharz vor dem Einsetzen des Lagerfutters zwischen den äußeren und inneren Metallkörper unter Zufuhr von Wärme ausgehärtet wird.

4.Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärme von ebenen Platten unter Einwirkung von Druck auf das Lagerfutter übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß das ausgehärtete Putter mit einer weiteren nicht ausgehärteten Klebharzschicht übersogen wird, daß das mit der weiteren Klebharzschicht überzogene, ausgehärtete LagerfuLtor zwischen den inneren und den äußeron. Me-Ln J .!.körper gebracht wird, daß zum Zusammenbau dos Lagers dor äußere Metallkörper zusammengestaucht und bzw. oder der innere Metallkörper aufgeweitet wird und daß anschließend die weitere K.1 u'bharzschicht auagohürtot wird, wobei das Putter mit einem der beiden Metallkörper vurklubt,

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ο. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch

gekennzeichnet-, daß die weitere Klebharzschient bei einer Temperatur ausgehärtet wird, die geringer als diejenige Temperatur ist, bei der das aus dem Klebharz und den)
Polytetrafluorethylen bestehende Geraisch ausgehärtet wird. . ·

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