Federbeinlager und Herstellungsverfahren für ein reibungsreduzierendes Bauteil eines Federbeinlagers

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die gegenwärtige Erfindung betrifft ein Federbeinlager mit einer Kappe und einem Führungsring. Im Besonderen ist zwischen der Kappe und dem Führungsring ein Gleitlager angeordnet, das an einer Gleitscheibe um eine Mittelachse des Federbeinlagers drehbar ist.

Ferner betrifft die gegenwärtige Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein reibungsreduzierendes Bauteil eines Federbeinlagers.

Üblicherweise dient ein Federbeinlager zur Aufnahme eines Federbeins, mit dem sich insbesondere ein gelenktes Rad, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, gegenüber einer Karosserie abstützt. Das Federbein als solches umfasst hierbei einen teleskopartigen Stoßdämpfer mit einer in einem Zylin- der beweglich geführten Kolbenstange und eine den Stoßdämpfer umgebende Schraubenfeder, die als Fahrzeugtragfeder dient. Die Schraubenfeder ist dabei zwischen dem Federteller des Federbeinlagers und einem weiteren Federteller, der mit dem Zylinder des Stoßdämpfers verbunden ist, eingespannt. Das Federbein, d. h. der Stoßdämpfer und die Schraubenfeder, sind somit gemeinsam über das Federbeinlager drehbeweglich gegen die Karosserie abgestützt. Das Federbeinlager ermöglicht eine gewisse Spielfreiheit des Federbeins einschließlich der die Schraubenfeder abstützenden Federteller gegenüber der Karosserie. Je nach Anforderung ist das Drehlager als ein Wälz- oder ein Gleitlager ausgebildet. Ein solches Federbeinlager ist beispielsweise aus der deutschen Patentschriften DE 37 37 770 C2 bekannt.

Bei derartigen, in einer Vielzahl im Stand der Technik bekannten Federbeinen kann es durch kinematische und durch deren elastische Lagerungen bedingte Verzwängungen in der Radaufhängung zu einer verminderten Ansprechempfindlichkeit und gegebenenfalls zu einem sogenannten Stick-Slip- Effekt des Stoßdämpfers kommen, so dass der Fahrkomfort des Kraftfahrzeuges beeinträchtigt sein kann. Hervorgerufen wird dieser Stick-Slip-Effekt im Wesentlichen durch mehr oder minder starke Querkräfte und Biegemo- mente, die auf die Kolbenstange des Stoßdämpfers wirken und die teils durch einseitig wirkende Federkräfte der Tragfeder und/oder Seitenkräfte und/oder durch Lagerverzwängungskräfte ausgelöst werden, wobei die Dämpferlagerung, d. h. die obere Federbeinstützlagerung entsprechend belastet wird. Daher sind auch Federbeinlager bekannt, wie in der europäischen Patentanmeldung EP 1 548 303 A1 offenbart, bei denen einem Federbeinlager eine Gleitfolie zugeordnet ist. Hier umfasst ein Gleitlager ein oberes Gehäuse, das aus Polyacetalharz, auch Polyoxymethylen genannt, (Kurzzeichen POM), einem Kunstharz, hergestellt ist. Eine ringförmige Fläche des oberen Gehäuses dient als erster Lagerkörper. Ein zweiter Lagerkörper, der auch aus einem Kunstharz besteht, ist auf dem oberen Gehäuse gelagert, so dass dieser um eine Mittelachse drehbar ist, wobei eine synthetische, aus Kunstharz hergestellte, zweite ringförmige Fläche entgegen der ersten ringförmigen Fläche angeordnet ist. Ferner ist eine synthetische, aus Kunstharz her- gestellte, ringförmige Gleitfolie zwischen der ersten ringförmigen Fläche und der zweiten ringförmigen Fläche angeordnet, die an das obere Gehäuse und dem zweiten Lagerkörper angrenzt, so dass das Gleitlager reibungsarm und Stick-Slip-frei zuverlässig die im Federbeinlager wirkenden Kräfte überträgt.

Trotz dieser bereits auf die hohen Ansprüche angepassten Bauweisen von Federbeinlagern gewinnt der Kosten-Nutzen-Faktor zunehmend an Bedeu- tung, wobei insbesondere durch die umständliche Montage des zusätzlichen Bauteils einer Gleitfolie an einem Federbein hohe Kosten verursacht werden.

Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein Federbeinlager zu schaffen, das kostengünstig und einfach herstellbar ist. Die obige Aufgabe wird durch ein Federbeinlager gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Herstellungsverfahren für ein reibungsreduzierendes Bauteil eines Federbeinlagers anzugeben, das kostengünstig und einfach hergestellt wird. Die obige Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren gelöst, das die Merkmale im Anspruch 8 umfasst.

Das Federbeinlager der gegenwärtigen Erfindung umfasst eine Kappe und einen Führungsring, wobei zwischen der Kappe und dem Führungsring ein Gleitlager angeordnet ist, das an einer Gleitscheibe um eine Mittelachse drehbar ist.

Erfindungsgemäß ist mindestens ein reibungsreduzierendes Element mit der Gleitscheibe fest verbunden. In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine reibungsreduzierende Element formschlüssig mit der Gleitscheibe verbunden. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine rei- bungsreduzierende Element molekular mit der Gleitscheibe verbunden ist. Molekular miteinander verbunden bedeutet, dass das reibungsreduzierende Element und die Gleitscheibe an deren Grenzschicht über molekulare Kräfte zusammengehalten werden. An der Grenzschicht kommt es zu einer teilweisen Durchmischung der Moleküle der Gleitscheibe und der des reibungsre- duzierenden Elements.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass jedoch auch andere im Stand der Technik offenbarte Verbindungstechniken zum festen Zusammensetzen von technischen Gebilden aus ihren Einzelteilen angewandt werden können, wie beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, da diese ebenfalls die gewünschte feste Verbindung von dem mindestens einen reibungsreduzierenden Element mit der Gleitscheibe realisiert. Vorteilhafterweise besteht das mindestens eine reibungsreduzierende Element aus einem anderen Kunststoffmaterial als das der Kappe, des Führungsrings und der Gleitscheibe, wobei im Speziellen die Kunststoffmaterialauswahl derart gewählt ist, dass die Reibkraft zwischen dem mindestens einen reibungsreduzierenden Element und der Kappe gering ist.

Von besonderem Interesse ist hier das Kunststoffmaterial des mindestens einen reibungsreduzierenden Elements. Vorzugsweise besteht das mindestens eine reibungsreduzierende Element aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Denkbar ist aber auch, dass das Kunststoffmaterial des mindestens einen reibungsreduzierenden Elements ein Polytetrafluorethylen ähnliches Material ist, wie beispielsweise ein bekanntes Material namens„Zymaxx™", welche aus PTFE und eingelagerten Kohlefasern besteht. Dieses Material weist gegenüber reinem PTFE verbesserte Kriecheigenschaften, eine höhere Streckgrenze und geringere Wärmeausdehnung auf, wobei ein Nachteil dieses Material gegenüber reinem PTFE der erhöhte Reibkoeffizient ist. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich, dass die geeignete Wahl eines Kunststoffs von vielen Faktoren abhängig ist, wie auch durch die Verbindung von dem mindestens einen reibungsreduzierenden Element mit der Gleitscheibe, so dass die Kunststoffmaterialauswahl variieren kann.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine reibungsreduzierende Element einseitig an der Gleitscheibe ausgebildet. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine reibungsreduzierende Element beidseitig an der Gleitscheibe ausgebildet ist, wobei unabhängig von den aufgeführten Ausführungsformen ein partielles Anbringen bzw. Ausbilden des mindestens einen reibungsreduzierenden Elements an der Gleitscheibe von Vorteil ist. Dies beruht darauf, dass ein partielles Anbringen bzw. Ausbilden des mindestens einen reibungsreduzierenden Elements an der Gleitscheibe einer Erhöhung der Kontaktpressung dient, so dass ein auf die Gleitscheibe aufgebrachter Schmierfilm durchgedrückt wird und ein direkter Lauf auf dem mindestens einen reibungsreduzierenden Element ermöglicht ist.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federbeinlagers sieht vor, dass das mindestens eine reibungsreduzierende Element in Form von mehreren Steaen ausaehildet ist. Die mehreren. Stege sind derart auf der Gleit- scheibe angeordnet, dass sie konzentrisch zur Achse des Federbeinlagers sind. Die mehreren Stege haben zumindest einen Außensteg und einen Innensteg ausgebildet.

Vorzugsweise sieht eine zweite Ausführungsform vor, dass zwischen dem Außensteg und dem Innensteg ein Mittensteg angeordnet ist. Dieser Mittensteg ist vor allem dann zweckfördernd, wenn er bei Überlastung des Feder- beinlagers, im Besonderen bei Überlastung des Stoßdämpfers, wie beim Überfahren von Bordsteinkanten oder beim schnellen Durchfahren von Schlaglöchern, in Funktion tritt, so dass die Seitenstege, d. h. der Außen- und Innensteg, vor Beschädigung geschützt sind. Die Materialausgestaltungen des Mittenstegs können variieren. Zum einen kann er aus dem Kunst- Stoffmaterial des reibungsreduzierenden Elements und zum anderen auch aus dem Material der Gleitscheibe bestehen.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die beidseitig an der Gleitscheibe angeordneten Außenstege und Innenstege über eine Stegverbindung fest miteinander verbunden, wobei die Stegverbindung durch Kanäle gebildet ist. Ein Vorteil dieser Stegverbindung ist, dass die Taktzeit verkürzt wird, d. h. die durchschnittliche Zeit, in der eine Mengeneinheit der zu fabrizierenden reibungsreduzierenden Elemente mit der Gleitscheibe ein Produktionssystem verlässt, sinkt, so dass damit Werkzeugkosten eingespart werden können. Andere Ausgestaltungen der Gleitscheibe können ferner vorsehen, dass das mindestens eine reibungsreduzierende Element in Form von Noppen oder Segmenten ausgebildet ist, wobei aber auch alle Elemente miteinander an mindestens einem reibungsreduzierenden Element ausgestaltet sein kön- nen.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass bei der Erfindung auch andere geometrische Ausgestaltungen denkbar sind, da die Kunststoffverarbeitungstechnik weitere, für die Erfindung gemäß der im Stand der Technik offenbarten Kunststoffverarbeitungsverfahren einsetzbare Ausgestaltungen des mindestens einen reibungsreduzierenden Elements an der Gleitscheibe formen bzw. ausformen kann.

Das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen reibungsreduzierenden Bauteils eines Federbeinlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reibungsreduzierendes Element mit einer Gleitscheibe fest verbun- den wird, wobei das feste Verbinden mit einem Formschluss erfolgt oder mittels eines Mehr-Komponenten-Spritzgießverfahrens in einem Werkzeug durchgeführt wird.

Bei Mehr-Komponenten-Spritzgießverfahren gibt es verschiedene Arten des Spritzgießens, denen allen gemeinsam ist, dass Spritzgusswerkzeuge mit zwei oder auch mehreren Spritzeinheiten, aber gegebenenfalls nur einer Schließeinheit, benötigt werden. Die Spritzeinheiten müssen harmonierend arbeiten, aber immer unabhängig voneinander steuerbar sein. Die Komponenten können durch eine Spezialdüse eingespritzt oder an verschiedenen Stellen ins Werkzeug eingebracht werden. Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figur näher erläutern. Die Größenverhältnisse in der Figur entsprechen nicht den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigt: ein erfindungsgemäßes Federbeinlager in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse; eine erste Ausführungsform einer Gleitscheibe für ein Federbeinlager, wobei die mehreren Stege konzentrisch zur Mittelachse des erfindungsgemäßen Federbeinlagers angeordnet sind; eine weitere Ausführungsform der Gleitscheibe mit mehreren Stegen, wobei ein Teil der gegenüberliegenden Stege mit einer Stegverbindung verbunden ist; und eine perspektivische Darstellung gemäß der Ausbildung der mehreren Stegen an der Gleitscheibe nach Fig. 2 oder 3.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellte Ausführungsform stellt lediglich ein Beispiel dar, wie das erfindungsgemäße Federbeinlager und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein reibungsreduzierendes Bauteil eines Federbeinlagers ausgestaltet sein kann und stellt somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Federbeinlager 1 in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse 7, wobei das Federbeinlager 1 eine Kappe 3 und einen Führungsring 5 umfasst. Zwischen der Kappe 3 und dem Führungsring 5 ist ein Gleitlager 9 angeordnet, das an einer Gleitscheibe 11 um eine Mittelachse 7 drehbar ist. Die Gleitscheibe 11 weist ferner zwei einseitig ausgebildete reibungsreduzierende Elemente 13 auf, die zusammen ein reibungsreduzierendes Bauteil 15 durch eine feste Verbindung bilden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Anzahl der reibungsreduzie- renden Elemente 13 auf der Gleitscheibe 11 nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden soll.

Die Ausgestaltung der zwei reibungsreduzierenden Elemente 13 ist hier in Form von einem Außensteg 17 (siehe Figur 2, 3 und 4) und einem Innensteg 19 (siehe ebenfalls Figur 2, 3 und 4) dargestellt, wobei andere Ausgestaltungen auch weitere geometrische Figuren vorsehen, wie Noppen, Segmente, etc. Vorzugsweise sind die reibungsreduzierenden Elemente 13, wie auch in Figur 1 gezeigt, partiell an der Gleitscheibe 11 angebracht, so dass ein auf die Gleitscheibe 11 aufgebrachter Schmierfilm durchgedrückt wird und ein direkter Lauf auf den reibungsreduzierenden Elementen 13 ermöglicht ist.

Die feste Verbindung von den zwei reibungsreduzierenden Elementen 13 mit der Gleitscheibe 11 kann über ein formschlüssiges oder molekulares Verbindungsverfahren erfolgen. Vorzugsweise wird die feste Verbindung mittels eines Mehr-Komponenten-Spritzgießverfahrens in einem Werkzeug durchge- führt, da auf der Grundlage, dass die Verbindung der reibungsreduzierenden Elemente 13 mit der Gleitscheibe 11 in einem Spritzgusswerkzeug ausgeführt werden kann, sich ein komplexes und montagefertiges reibungsredu- zierendes Bauteil 15 ergibt.

Für die Herstellung des Federbeinlagelagers 1 stehen eine Reihe von Werk- Stoffen bzw. Thermoplasten zur Verfügung. Die reibungsreduzierenden Elemente 13 bestehen dabei aus einem anderen Material oder Kunststoffmate- rial als das der Kappe 3, des Führungsrings 5 und der Gleitscheibe 11. Im Speziellen ist die Kunststoffmaterialauswahl derart gewählt, dass die Reibkraft zwischen den zwei reibungsreduzierenden Elementen 13 und der Kap- pe 3 gering ist.

Vorzugsweise bestehen die reibungsreduzierenden Elemente 13 aus PTFE. Denkbar ist aber auch, dass das Kunststoffmaterial ein PTFE ähnliches Material ist, da die geeignete Wahl eines Kunstoffs von vielen Faktoren abhängig ist und somit variieren kann. Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Gleitscheibe 11 für ein Federbeinlager 1 (nicht dargestellt), wobei die mehreren Stegen 17, 19 und 21 konzentrisch zur Mittelachse 7 (ebenfalls nicht dargestellt) des erfindungsgemäßen Federbeinlagers 1 angeordnet sind. Hier weist die Gleitscheibe 11 beidseitig einen Außensteg 17 und einen Innensteg 19 auf, wobei zwischen den Außenstegen 17 und den Innenstegen 19 beidseitig Mittenstege 21 angeordnet sind, die zusammen ein reibungsreduzierendes Bauteil 15 durch eine feste Verbindung bilden.

Die Mittenstege 21 sind der Gleitscheibe 11 angeordnet, so dass sie bei Ü- berlastung des Federbeinlagers 1 , im Besonderen bei Überlastung des Stoßdämpfers, wie beim Überfahren von Bordsteinkanten oder beim schnellen Durchfahren von Schlaglöchern, in Funktion treten, so dass die Außenstege 17 und die Innenstege 19, vor Beschädigung geschützt sind. Die Materialausgestaltungen der Außenstege 17 und Innenstege 9 ist bereits in Figur 1 beschrieben und sind dieser daher zu entnehmen, wobei die Materialwahl der Mittenstege 21 variieren kann. Zum einen können die Mittenstege 21 aus dem Kunststoffmaterial der Außenstege 17 und Innenstege 19 sein, wobei sie zum anderen auch aus dem Material der Gleitscheibe 11 bestehen können. Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Gleitscheibe 11 mit mehreren Stegen 17, 19 und 21. Wie in Figur 2 bereits dargestellt, weist die Gleitscheibe 11 auch hier beidseitig einen Außensteg 17 und einen Innensteg 19 auf, wobei zwischen den Außenstegen 17 und den Innenstegen 19 beidseitig Mittenstege 21 angeordnet sind, die zusammen ein reibungsreduzierendes Bauteil 15 durch eine feste Verbindung bilden.

Vorteilhafterweise sind in dieser Ausführungsform die beidseitig an der Gleitscheibe 11 angeordneten gegenüberliegenden Außenstege 17 und Innenstege 19 über Stegverbindungen 21 fest miteinander verbunden, wobei die Stegverbindungen 21 durch Kanäle gebildet sind. Stegverbindungen 21 ha- ben den Nutzen, dass an Taktzeit und Werkzeugkosten gespart werden kann.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung gemäß der Ausbildung der mehreren Stegen 17, 19 und 21 an der Gleitscheibe 11 nach Figur 2 oder 3. Die in dieser Ausführung zu entnehmenden Merkmale einschließlich ihrer Bezugszeichen sind identisch mit den Ausführungsformen nach Figur 2 und 3 und sind diesen daher zu entnehmen.

Die gegenwärtige Erfindung ist in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden. Dennoch können Änderungen und Abwandlungen der hier vorgeschlagenen Gestaltungen des Federbeinlagers und des Herstellungsverfahrens für ein reibungsreduzierendes Bauteil eines Federbeinlagers durchgeführt werden, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

Federbeinlager

Kappe

Führungsring

Mittelachse

Gleitlager

Gleitscheibe

reibungsreduzierendes Element reibungsreduzierendes Bauteil

Außensteg

Innensteg

Mittensteg

Stegverbindung