STEINHAUER, Frank (Waldstrasse 5, Forst, 57537, DE)
SPANDERN, Christian (Höhenweg 26 d, Elkenroth, 57578, DE)
STEINHAUER, Frank (Waldstrasse 5, Forst, 57537, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse (16,17), bei dem ein härtbarer Kunststoff in ungehärteter Form in einen vorgefertigten hitzestabilen Rohrabschnitt (1) eingebracht und darauf durch Temperatureinwirkung gehärtet wird, wobei zumindest in dem Härteprozess der härtbare Kunststoff mit der inneren Mantelfläche (2) des Rohrabschnittes dauerhaft verbunden wird. 2. Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse (16,17) nach An- spruch 1 , bei dem in einem ersten Verfahrensschritt ein strangförmiger flexibler, wenigstens teilweise aus einem Duromer bestehender oder mit einem Duromer getränkter Körper (6,7) in mehreren Lagen auf einen Wickeldorn (4) gewickelt wird, danach die so gebildete Wicklung (3) in einen vorgefertigten Rohrabschnitt eingebracht und darauf durch Temperatureinwirkung gehärtet wird, wobei der Außendurchmesser der Wicklung und der Innendurchmesser des Rohrabschnittes derart aufeinander abgestimmt sind, dass zumindest in dem Härteprozess die äußere Mantelfläche der Wicklung mit der inneren Mantelfläche (2) des Rohrabschnittes dauerhaft verbunden wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Wicklung (3) mit dem Innendurchmesser des Rohrabschnittes (1) in Übereinstimmung gebracht wird. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung komprimierbar ausgeführt ist und der Außendurchmesser der Wicklung (3) vor dem Einbringen in den Rohrabschnitt (1) größer ist als der Innendurchmesser des Rohrabschnitts. 5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) an seiner inneren Mantelfläche (2) radial vorstehende Stege (10,11 ,12,13) aufweist. 6. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der strangförmige flexible Körper (6,7) als Faden oder Gewebe ausgebildet ist. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der strangförmige flexible Körper (6,7) vor dem Wickeln mit einem Harz getränkt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (3) als ganze mit einem Harz getränkt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) aus einem hitzestabilen Material, insbesondere Metall besteht. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (1) zusammen mit dem härtbaren Kunststoff, insbesondere der Wicklung (3) nach der Härtung in Axialrichtung in scheibenförmige Abschnitte geteilt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickeldorn (4) nach der Härtung entfernt wird. 12. Gleitlagerbuchse, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11. 13. Gleitlagerbuchse, bestehend aus einem metallischen Rohrabschnitt (1) und einem mit diesem koaxial verbundenen hohlzylindrischen, aus einer gehärteten Wicklung (3) bestehenden Innenteil. |
Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse sowie Gleitlagerbuchse
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus, insbesondere der Lagertechnik und befasst sich mit der Herstellung von Gleitlagerbuchsen.
Ein zunehmend wichtiger werdendes Feld des Maschinenbaus im weiteren Sinne ist die Tribologie, die sich mit den mechanischen Belastungen von Körpern befasst, die einer reibenden oder walkenden Oberflächenbelastung ausgesetzt sind. Die so belasteten Körper können durch geeignete Wahl der Materialien oder eines schichtartigen Materialaufbaus sowie durch Oberflächenbehandlungsverfahren besonders widerstandsfähig gemacht werden. Dabei stehen je nach Anwendungsfall eine Reduzierung der Reibung, eine Verlängerung der Standzeit, eine Verringerung des Abriebs oder auch Geräuschentwicklung oder ein möglicher Einsatz in aggressiven Umgebungen im Vordergrund. Die vorliegende Erfindung liegt nun speziell auf dem Gebiet der Lagerung von drehenden Teilen. Auf diesem Gebiet sind zur Lagerung insbesondere Wälzlager oder Gleitlager aus verschiedensten Materialien bekannt. Für relativ geringe Belastungen und Drehzahlen werden im kostengünstigsten Fall Gleitlagerpaarungen eingesetzt, die typischerweise eine Welle oder eine Hülse und eine Gleitla- gerbuchse aufweisen, die mit oder ohne Anwendung eines Öls oder Fettes aufeinander reiben.
Besondere Anforderungen stellt dabei die Herstellung von Gleitlagerbuchsen, die passgenau gearbeitet sein müssen und dabei trotz möglichst gerin- ger Herstellungskosten eine mechanische Stabilität aufweisen, die eine gewisse Lastaufnahme ohne Verformung ermöglicht.
Derartige Gleitlagerbuchsen werden derzeit nach dem sogenannten filament- winding-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 Polytetra- fluorethylen oder aus PET bestehen und die Harze können als Epoxidharz oder Phenolharz mit Füllstoffen in Form von Graphit und/oder Polytetrafluor- ethylen 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. 120° C bis 180° C gehärtet. Zudem kann auf diese erste Wicklung noch ein mit Harz getränktes Glasro- ving gewickelt und dort gehärtet werden, das eine harte und feste Stützschicht bildet.
Die Maßhaltigkeit des Innendurchmessers wird durch den metallischen Wi- ckelkern gegeben, der gewünschte Außendurchmesser kann durch spanende Bearbeitung nach der Herstellung gewährleistet werden.
Das entsprechend gewickelte Rohr wird nach der Härtung in benötigten Län- gen geschnitten.
Die beschriebene Wickeltechnik ist relativ aufwendig und teuer.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kosten- günstigeres Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen zu schaffen, die dennoch alle Anforderungen in Bezug auf Maßhaltigkeit, Reibungsfaktoren und mechanische Festigkeit erfüllen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, in möglichst günstiger Weise das bekannte Verfahren zur Rohrherstellung mittels des so genannten fila- ment windings mit anschließender Härtung mit der Herstellung einer stabili- sierenden äußeren Hülse der Gleitlagerbuchse zu verbinden. Dabei sind die mechanischen Aufgaben der Stützung und der reibungsarmen Führung des zu lagernden Teils getrennt. Das Material der äußeren Hülse sollte dabei möglichst stabil sein und kann als Rohrabschnitt in günstiger Weise beispielsweise durch Ziehen oder Gießen hergestellt sein. Der Rohrabschnitt kann beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl, oder auch aus einem temperaturstabilen Kunststoff bestehen.
Der härtbare Körper kann beispielsweise aus einem Gewebe oder Geflecht oder aus einer schwammartigen Struktur eines duromeren Materials oder eines mit einem Duromer getränkten Materials bestehen und/oder eine verformbare Gestalt aufweisen. Wichtig ist hierbei insbesondere, dass bei dem Härtungsprozess, der üblicherweise bei Temperaturen zwischen 120° C und 180° C stattfindet, der härtbare Körper mit dem Rohrabschnitt stoffschlüssig, das heißt, durch eine Klebung fest verbunden wird.
Zu diesem Zweck kann es auch vorteilhaft sein, den Rohrabschnitt vor dem Einbringen der des härtbaren Körpers zu entfetten.
Besonders vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein strangförmiger flexibler, wenigstens teilweise aus einem Duromer bestehender oder mit einem Duromer getränkter Körper in mehreren Lagen auf einen Wickeldorn gewickelt wird, danach die so gebildete Wicklung in einen vorgefertigten Rohrabschnitt eingebracht und darauf durch Temperatureinwirkung gehärtet wird, wobei der Außendurchmesser der Wicklung und der Innendurchmesser des Rohrabschnittes derart aufeinander abgestimmt sind, dass zumindest in dem Härteprozess die äußere Mantelfläche der Wicklung mit der inneren Mantelfläche des Rohrabschnittes dauerhaft verbunden wird.
Um eine Temperaturhärtung zu ermöglichen ist es üblich, die Wicklung aus einem Faden oder einem Gewebe herzustellen, das aus einem Duromer, insbesondere einem Epoxidharz oder einem anderen härtbaren Harz getränkt ist.
Damit ist bereits die Temperaturhärtbarkeit gegeben.
Es kann bei der Wicklung vorgesehen sein, den Außendurchmesser der Wicklung gleich dem Innendurchmesser des Rohrabschnittes herzustellen. Wenn die Wicklung komprimierbar ausgeführt ist, was beispielsweise durch eine Lockerung der Wicklung in Folge reduzierter Zugkräfte beim Aufwickeln geschehen kann, dann kann der Außendurchmesser der Wicklung auch größer gestaltet werden als der Innendurchmesser des Rohrabschnittes, so dass die Wicklung durch Zusammenpressen in den Rohrabschnitt einge- presst werden kann.
Die Temperaturhärtung kann dann ohne weiteres erfolgen, wobei zuvor vor- teilhaft auch die Hohlräume der Wicklung durch Tränken mit einem Harz gefüllt werden können. Dies kann beispielsweise auch durch eine Vakuumtränkung geschehen, die die Resthohlräume minimiert.
Vorteilhaft kann auch vorgesehen sein, dass der Rohrabschnitt an seiner inneren Mantelfläche radial vorstehende Stege aufweist.
Diese Stege können äquidistant am inneren Umfang des Rohrabschnittes verteilt sein und in Axialrichtung des Rohrabschnittes verlaufen oder auch azimutal umlaufend.
Bei einer axialen Ausrichtung ist das Einschieben der Wicklung erleichtert, wobei dennoch die Wicklung gut in dem Rohrabschnitt festgehalten und in Azimutalrichtung fixiert wird.
Insbesondere sind der Rohrabschnitt und die Wicklung gegen Verdrehung gegeneinander geschützt.
Die Höhe der Stege kann so gestaltet sein, dass bei der Härtung ein Kontakt mit der gesamten inneren Mantelfläche des Rohrabschnittes hergestellt wird, jedoch auch derart, dass ausschließlich ein Kontakt der Wicklung mit den Stegen gewährleistet ist. Auch diese Konstellation kann schon eine ausreichende Stabilität der Gleitlagerbuchse gewährleisten. Zu diesem Zweck können beispielsweise wenigstens drei, vorteilhaft mindestens fünf oder zehn, Stege vorgesehen sein. Die Stege können jedoch auch schraubenförmig umlaufen. Damit kann der härtbare Körper leicht in den Rohrabschnitt eingedreht werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabe i zeigt
Figur 1 einen Rohling für einen oder mehrere Gleitlagerbuchsen;
Figur 2 die Herstellung einer Wicklung;
Figur 3 die Herstellung einer Wicklung unter Verwendung eines Gewebes;
Figur 4 eine mögliche Innenkontur eines Rohrabschnittes; Figur 5 die Temperaturhärtung eines Rohlings in einem Ofen;
Figur 6 eine optionale zusätzliche Harztränkung einer Wicklung in einem Bad sowie
Figur 7 die Teilung eines Rohrabschnitts in mehrere Teile zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen.
Die Figur 1 zeigt einen Rohrabschnitt 1 , an dessen innerer Mantelfläche 2 eine Wicklung 3 stoffschlüssig beispielsweise durch Klebung befestigt ist. Die Verbindung zwischen der Wicklung 3 und dem Rohrabschnitt 1 kann beispielsweise dadurch hergestellt sein, dass die Wicklung in einem Tempe- raturhärtungsprozess teilweise aufgeweicht wird und im Zuge des Härtungsprozesses sich mit der Innenfläche des Rohrabschnitts 1 verbindet.
Der Rohrabschnitt 1 kann dabei beispielsweise als metallisches Rohr ausgebildet sein, zum Beispiel aus Stahl, wobei die Länge des Rohrabschnitts derart gewählt werden kann, dass dieser in axialer Richtung nach dem Einbringen der Wicklung in einzelne Teile geteilt werden kann, die dann Gleitlagerbuchsen bilden.
Als Material des Rohrabschnitts 1 kann auch ein hitzebeständiger Kunststoff dienen.
Die Figur 2 zeigt, wie unter Rotation eines Wicklungsdorns 4 in Richtung eines Pfeils 5 eine Wicklung 3 mittels eines aufgewickelten Fadens 6 aufgebracht wird. Der Faden kann ein Gewebefaden sein, der mit einem Duromer, beispielsweise einem Epoxidharz, oder einem anderen gängigen Harz getränkt ist.
Mit der Zugkraft auf den Faden 6 in Längsrichtung wird die Festigkeit der Wicklung 3 bestimmt und damit auch ob diese eine gewisse Kompressibilität aufweist.
Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Wicklung, die durch Aufwickeln eines Ge- webestreifens 7 entsteht und ansonsten denselben Gesetzmäßigkeiten folgt wie eine Fadenwicklung.
Damit eine möglichst gute Verbindung zwischen der Wicklung 3 und dem Rohrabschnitt 1 erreicht wird, muss der Außendurchmesser 8 der Wicklung möglichst genau mit dem Innendurchmesser 9 des Rohrabschnittes übereinstimmen oder größer sein als dieser, damit die Wicklung in den Rohrabschnitt derart eingepresst werden kann, dass die beiden Teile sich entlang des Umfangs möglichst weitgehend berühren.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Wicklung einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Rohrabschnittes, jedoch dabei kompressibel ist und/oder in einen Rohrabschnitt eingepresst wird, der, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, einzelne Stege 10, 11 , 12, 13 aufweist. Die Stege verlaufen in der Darstellung in Axialrichtung des Rohrabschnittes, so dass ein Einpressen der Wicklung in axialer Richtung möglichst einfach wird, jedoch in Azimutalrichtung eine möglichst gute Verzahnung zwischen der Wicklung und dem Rohrabschnitt 1' entsteht.
Wahlweise kann die Zahl der Stege variieren oder diese können auch azimutal innen an dem Rohrabschnitt umlaufen oder eine Schraubenform im Sinne eines Gewindes bilden.
In der Figur 5 ist schematisch der Härteprozess unter Temperatureinwirkung dargestellt, bei dem die Wicklung 3, nach Einpressen in den Rohrabschnitt 1 und noch mit dem Wickeldorn 4 gemeinsam in einen Ofen 14 eingebracht und dort einer Temperaturerhöhung beziehungsweise einem Temperaturhär- tungsprozess mit einem definierten Temperaturprofil unterworfen wird. Dabei verbindet und erhärtet sich das in der Wicklung befindliche Harz und stabilisiert somit den Wicklungskörper und die Verbindung zu dem Rohrabschnitt 1.
Die Figur 6 zeigt optional einen Tauchvorgang, bei dem eine Wicklung 3 vor oder nach Einbringen in einen Rohrabschnitt 1 in ein Harzbad 15 eingetaucht wird, um die Hohlräume der Wicklung 3 mit Harz zu füllen. Dies kann durch Herstellen eines Vakuums beim Tauchen der Wicklung optimiert werden.
Die Figur 7 zeigt schematisch die Teilung des Rohrabschnittes mit der in ihm befindlichen Wicklung 3 in Längsrichtung in mehrere Gleitlagerbuchsen 16, 17.
Der beschriebene Prozess erlaubt in möglichst einfacher Form unter Beibehaltung eines Wicklungsverfahrens die Gesamtherstellungskosten und den Herstellungsaufwand zu minimieren, indem mit dem Rohrabschnitt aus beispielsweise Metall auf ein leicht herzustellendes Ausgangsprodukt zurückgegriffen wird und lediglich ein Teil der Gleitlagerbuchse durch Wickeln und anschließendes Härten hergestellt wird. Die Verbindung der Wicklung mit dem Rohrabschnitt erfordert keinen weiteren Aufwand, da dies durch die Verklebung gleichzeitig mit dem Härten geschieht.
Damit wird eine Gleitlagerbuchse geschaffen, die durch den äußeren Teil als Teil des Rohrabschnitts eine stabile Führung aufweist, wobei beim Innenteil je nach Wahl der Materialien, des Wickelmaterials und des Harzes sowie optional zusätzlicher Füllstoffe wie beispielsweise Teflonpulver oder Graphit die gewünschten Gleiteigenschaften eingestellt werden können. Bezugszeichenliste
1,1' Rohrabschnitt
2 Mantelfläche 3 Wicklung
4 Wicklungsdorn
5 Rotationsrichtung des Wicklungsdorns
6 Faden
7 Gewebestreifen 8 Außendurchmesser
9 Innendurchmesser
10,11,12,13 Stege
14 Ofen
15 Harzbad 16,17 Gleitlagerbuchsen