Gleitlager und spielfreie Gleitlageranordnung

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einem Lagergehäuse und einer in das Lagergehäuse eingesetzten Lagerbuchse, wobei die Lagerbuchse axial geöffnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine spielfreie Gleitlageranordnung mit definiert eingestelltem Drehmoment .

Spielfreie Gleitlageranordnungen mit geschlitzter Gleitlagerbuchse sind aus dem Stand der Technik seit längerem bekannt und kommen in verschiedenen industriellen Anwendungen, beispielsweise in Scharnieren, zum Einsatz. Als nachteilig erweist sich hierbei regelmäßig, dass eine spielfreie Lagerung eines Bauteils in einem Gleitlager mit definiert eingestelltem Drehmoment, insbesondere mit sehr kleinem Drehmoment, nur mit höchstem technischen Aufwand, in vielen Fällen sogar überhaupt nicht, erreicht werden kann.

Die Pressung und damit verbunden das Drehmoment über die Lebensdauer des Gleitlagers hängen ab von den Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten, dem Verschleiß, dem das Gleitlager im Betrieb unterworfen ist, sowie den TemperaturSchwankungen im Betrieb. Bei letzteren machen sich insbesondere die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien bemerkbar. Eine Kompensation der Einflüsse der genannten Faktoren ist jeweils nur für eine Betriebssituation mit gegebener Temperatur,

Fertigungstoleranz und Verschleiß unter hohem technischen Aufwand möglich. Geänderte Betriebsbedingungen führen unweigerlich zu einer unkontrollierten änderung der Pressung und damit zu einem verändertem Drehmoment.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager und eine spielfreie Gleitlageranordnung anzugeben, wobei das Gleitlager bzw. die Gleitlageranordnung auch unter wechselnden Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer mit definiertem Drehmoment betrieben werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleitlager nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass das Lagergehäuse axial geöffnet ist.

Erfindungsgemäß sind sowohl die Lagerbuchse als auch das Lagergehäuse axial geöffnet. Unter einer axialen öffnung im Sinne der Erfindung ist jede beliebige öffnung zu verstehen, die sich axial durch die Lagerbuchse bzw. das Lagergehäuse erstreckt und somit eine nicht mehr geschlossene Umfangsflache des entsprechenden Bauteils bewirkt. Vorzugsweise ist die axiale öffnung sowohl im Falle der Lagerbuchse als auch des Lagergehäuses als axialer Schlitz ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Gleitlager ist für den Einsatz in einem weiten Belastungsbereich geeignet. So ist ein dauerhafter Einsatz in einem weiten Bereich bei einer spezifischen Lagerbelastung p zwischen 0,1 und mehr als 100 MPa möglich und einer Lagergeschwindigkeit zwischen 0,001 und maximal ca. 2 m/s möglich.

Das Drehmoment einer mit dem erfindungsgemäßen Gleitlager zu realisierenden Gleitlageranordnung kann praktisch beliebig über die Auswahl der Steifigkeit des Gehäuses eingestellt werden. Die Steifigkeit des Gleitlagergehäuses hängt dabei entscheidend von den Eigenschaften des Gehäusewerkstoffes, der Materialstärke und der jeweils gewählten Gehäusegeometrie ab. Für sehr kleine Drehmomente ist das Lagergehäuse vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem im Spritzgussverfahren verarbeitbaren Kunststoff mit geringer Wandstärke gefertigt. Vorteilhafterweise ist dabei dieser Kunststoff zur Herstellung des Gehäuses um die Lagerbuchse herumgespritzt. Ferner weist das Gehäuse im Falle sehr kleiner Drehmomente vorzugsweise eine geringe Wandstärke auf.

Falls hohe Drehmomente angestrebt werden, besteht das Gehäuse vorzugsweise aus einem besonders steifen, typischerweise aus einem metallischen Werkstoff. Dabei kann es sich um einen Gusswerkstoff, insbesondere Stahl oder eine Aluminiumlegierung, handeln. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer Memory-Legierung (auch als Formgedächtnis-Legierung bezeichnet) . Diese hat die Eigenschaft oberhalb einer materialspezifischen kritischen Temperatur ihre frühere „gespeicherte" Form wieder anzunehmen. Eine Legierung, die diese Eigenschaften in besonderem Maße zeigt, ist eine Nickel- Titan-Legierung.

Die axial geöffnete Lagerbuchse kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Vorzugsweise enthält sie als Gleitmaterial einen Kunststoff, vorzugsweise einen Hochtemperatur-Kunststoff, besonders vorzugsweise einen Fluorkunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen,

Polyimid, Polyamidimid, Polyvinylidenfluorid, Perfluoralkoxy-Copolymer, Polyetheretherketon, Polyethylen, insbesondere ultrahochmolekulares Polyethylen, oder deren Kombinationen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerbüchse ein Verstärkungsmaterial enthält. Dieses kann aus Metall, insbesondere Kupfer, Edelstahl, Chrom, Nickel, Zink, einer Zink-Eisen-Legierung, Eisen, Bronze und/oder Aluminium oder einer Legierung davon bestehen. Vorzugsweise weist es eine offene Struktur auf und ist insbesondere als Gewebe, insbesondere als Drahtgewebe, Streckmetall, Vlies, insbesondere als Metallvlies und/oder als Lochblech ausgebildet.

Ferner kann bei der Lagerbuchse des erfindungsgemäßen Gleitlagers vorgesehen sein, dass das Gleitmaterial der Lagerbuchse rückseitig mit einem Träger verbunden ist. Dieser verleiht der Lagerbuchse eine besondere Steifigkeit und verbessert zudem ihre Formungseigenschaften. Der Träger wiederum besteht zweckmäßigerweise aus Metall, vorzugsweise Stahl, Edelstahl, Kupfer, Titan, Bronze, Aluminium oder einer Legierung hiervon.

Die axial geöffnete Lagerbuchse kann auf verschiedene Weise hergestellt sein. Besonders vorteilhaft, weil einfach zu realisieren, ist die Ausführung als gerollte Lagerbuchse. Eine gerollte Lagerbuchse wird aus Endlosmaterial, z.B. laminierter und geschnittener PTFE- Folie, mit anschließendem Formungsschritt hergestellt.

Vorteilhafterweise weist die Lagerbuchse mindestens einen Axialbund auf, der u.a. ein Herausrutschen der Lagerbuchse aus dem Lagergehäuse verhindert.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner mit einer spielfreien Gleitlageranordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 18 dadurch gelöst, dass die Welle mit übermaß in die Lagerbuchse derart eingesetzt ist, dass sich die Lagerbuchse und das Lagergehäuse aufweiten.

Bei der erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung wird ausgenutzt, dass das axial geöffnete und durch die mit übermaß in die Lagerbuchse eingesetzte Welle aufgeweitete Gehäuse eine konstante Klemmwirkung auf die Welle ausübt und somit für eine dauerhafte Spielfreiheit sorgt.

ändern sich mit der Zeit die Abmaße der Einzelkomponenten des Gleitlagers bzw. der Gleitlageranordnung durch Temperaturschwankungen und/oder Verschleiß, so wird dies durch die konstante Klemmwirkung des axial geöffneten Gehäuses derart kompensiert, dass die definierte Pressung und damit verbunden das definierte Drehmoment des Gleitlagers erhalten bleibt. Die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung kann zusätzlich axial durch einen zweiten Bund gesichert werden.

Die Klemmkraft und damit das Drehmoment der Gleitlageranordnung können durch die Steifigkeit des Gehäuses, insbesondere durch den verwendeten Werkstoff und die Gehäusewanddicke sehr präzise eingestellt werden. Ferner kann die gewünschte Steifigkeit auch durch eine entsprechende Gehäusegeomtrie mit Verstärkungsrippen usw. erreicht werden.

Die in der Gleitlageranordnung verwendete Welle weist vorzugsweise stirnseitig einen Radius oder eine Fase auf. Dies erleichtert das Einfügen der erfindungsgemäß mit übermaß gefertigten Welle in das Gleitlager.

Ferner sollte die Welle eine für trocken laufende Gleitlager geeignet hohe Oberflächengüte aufweisen. Die Oberflächenrauhigkeit der Welle liegt hierbei sinnvollerweise zwischen 0,02 und 1 um, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,8 μm, insbesondere zwischen 0,1 und 0,4 μm .

Die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Gleitlagers und der erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung sind sehr vielfältig. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung in einem Automobil, wo es auf eine lange Lebensdauer bei definiertem und zeitlich konstantem Drehmoment bei wechselnden Betriebsbedingungen

(Temperatur) ankommt. Hier ist insbesondere der Einsatz in einer verstellbaren Scheinwerferaufhängung

(„Kurvenlicht") vorteilhaft, da sich hierbei eine mit der Zeit abnehmende Spielfreiheit und damit einhergehend aufkommende Vibrationen des Scheinwerfers besonders störend bemerkbar machen. Weitere vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten ergeben sich in Notebook- Scharnieren, Tür-Scharnieren, Druckerköpfen oder Winkelsensoren .

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Gleitlageranordnung in der Ausführung als Loslager in seitlicher Schnittansicht,

Fig. 2 die Gleitlageranordnung aus Fig. 1 in

Frontansicht gemäß der Schnittlinie H-II,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Gleitlageranordnung in der Ausführung als Festlager in seitlicher Schnittansieht und

Fig. 4 das Material der Lagerbuchse der

Gleitlageranordnung aus Fig. 1 im Querschnitt.

Die erfindungsgemäße spielfreie Gleitlageranordnung nach Fig. 1 umfasst Lagergehäuse 1 eine in das Lagergehäuse eingesetzte Lagerbuchse 2 sowie einer in die Lagerbuchse 2 eingesetzten Welle 3 als Lagerpartner der Lagerbuchse. Die Lagerbüchse 2 weist an ihren beiden Enden jeweils einen Axialbund 2b auf, durch welchen ein fester, gegen ein unbeabsichtigtes Herausrutschen gesicherter Sitz der Lagerbuchse 2 im Gehäuse 1 gegeben ist. Wie auch in Fig. 2 erkennbar, sind sowohl das Lagergehäuse 1 als auch die Lagerbuchse 2 axial geöffnet, wobei die axialen öffnungen des Gehäuses 1 und der Buchse 2 jeweils als axialer Schlitz Ia, 2a ausgebildet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung ist die Welle 3 mit übermaß in die Lagerbuchse 2 derart eingesetzt, dass sich die Lagerbuchse 2 und das Lagergehäuse 1 aufweiten. Die Welle 3 weist zumindest an ihrem einen Ende einen Radius 3a auf, welcher das Einfügen der relativ zu Lagerbuchse 2 und Lagergehäuse 1 mit übermaß ausgebildeten Welle 3 erleichtert.

Durch die Klemm- und Federwirkung des aufgeweiteten Gehäuses 1 ist sichergestellt, dass die spielfreie Gleitlageranordnung über die gesamte Lebensdauer des Gleitlagers auch bei wechselnden Betriebsbedingungen ein konstantes Drehmoment aufweist. Das Drehmoment wird dabei durch die Werkstoffeigenschaften des Lagergehäuses 1, die verwendete Materialstärke und die Gehäusegeometrie beeinflusst .

In Fig. 4 ist das Material der Lagerbuchse 2 der Gleitlageranordnung aus Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. Es umfasst an seiner dem Lagerpartner der Lagerbuchse 2 zugewandten Seite eine Schicht 5 aus Gleitmaterial, vorliegend einem PTFE-Compound-Material . Innerhalb der Schicht 5 ist ein Verstärkungsmaterial vorgesehen, das vorliegend als Drahtgewebe 6 ausgebildet ist und aus Kupfer, Edelstahl, Chrom, Nickel, Zink, einer Zink-Eisen-Legierung, Eisen, Bronze und/oder Aluminium oder einer Legierung davon bestehen kann. Rückseitig ist die Gleitmaterialschicht 5 mit einem massiv ausgebildeten Träger 7 verbunden. Dieser besteht vorliegend aus Metall, vorzugsweise Stahl, Edelstahl, Kupfer, Titan, Bronze, Aluminium oder einer Legierung hiervon.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Gleitlageranordnung kommt beispielsweise bei einer verstellbaren Scheinwerferanordnung in einem Automobil zur Anwendung, wobei das Lagergehäuse Teil eines fest mit der Karosserie verbundenen Rahmens ist und die Welle ihrerseits mit der Aufnahme einer horizontal und/oder vertikal verstellbaren Scheinwerfereinheit verbunden ist. ändern sich mit der Zeit die Abmaße der Einzelkomponenten des Gleitlagers bzw. der Gleitlageranordnung durch TemperaturSchwankungen

und/oder Verschleiß, so wird dies durch die konstante Klemmwirkung des axial geöffneten Gehäuses derart kompensiert, dass die definierte Pressung und damit verbunden das definierte Drehmoment des Gleitlagers erhalten bleibt.

Die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung ermöglicht eine spielfreie Lagerung mit definiert eingestelltem Drehmoment auch unter Verwendung axial geöffneter Lagerbuchsen. Folglich ist es nunmehr möglich, Gleitlager wie Nadel- oder Kugellager auch spielfrei auszuführen.