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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Gleit- oder Reibelement, insbesondere eine
Zugmittelführung
zum Führen
und Spannen eines Zugmittels, eines Gleitbelags für Gelenklager,
eines Gleitlagers, eines Kunststoffkäfigs für Wälzlager oder Kunststoffkomponenten
für Linearführungen,
umfassend einen mechanisch, insbesondere von einem Zugmittel oder
einem anderen relativ zum Gleit- oder Reibelement bewegbaren Bauteil
beanspruchten Abschnitt, bestehend aus wenigstens zwei verschiedenen,
miteinander vermischten chemisch gebundenen Kunststoffen, von denen einer
als Gleitwerkstoff dient.
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Hintergrund
der Erfindung
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Solche
Gleit- oder Reibelemente sind z. B. in Form von Gleitbuchsen, Gelenk- oder Gleitlagern
bekannt. Bekannt sind sie auch in Form von Zugmittelführungen,
die zum Führen
und Spannen eines Zugmittels eines Riemens oder einer Kette, die
in einem Zugmitteltrieb integriert sind, dienen. Solche Zugmitteltriebe
werden beispielsweise bei Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Über die Zugmittelführung wird
erreicht, dass das Zugmittel bei Lastwechseln stets hinreichend
gespannt bleibt, so dass die im Zugmitteltrieb eingebundenen Aggregate über das Zugmittel
auch sicher angetrieben werden.
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Bekannt
sind Reib- oder Gleitelemente, z.B. in Form von Spannschienen, die
an einem Ende ein Lager aufweisen, mit dem sie an einem Drittgegenstand
schwenkbar befestigt sind. Bekannt sind ferner Kettenspanner, die
zwei schienenartige Abschnitte aufweisen, die einander gegenüberliegen
und an zwei unterschiedlichen Kettenabschnitten angreifen. Weiterhin
sind Rollen, die an einem Hebelarm angeordnet sind, der seinerseits
wiederum schwenkbar gelagert ist, zu nennen. Allen oben beschriebenen Reib-
oder Gleitelementen ist gemein, dass sie im Betrieb mechanischen
Beanspruchungen unterschiedlicher Art unterworfen sind, die in der
Regel aus einer Bewegung eines Drittgegenstands bezüglich des
Gleit- oder Reibelements herrühren,
oder aus einer Bewegung von Einzelteilen des Elements bezüglich einander.
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Die
Gleit- oder Reibelemente weisen in der Regel aus einer Mischung
zweier verschiedener Kunststoffe bestehende Abschnitte auf, oder
sind insgesamt daraus gefertigt, an welchen Abschnitten beispielsweise
die Kette entlang läuft.
Vor allem bei unbewegten Zugmittelführungen bzw. Spannern, wie beispielsweise
Spannschienen, kommt es infolge der statischen Anordnung der Zugmittelführung durch
die relativ dazu bewegte und auf den Abschnitt beim Entlanggleiten
aufliegende Kette zu einer beachtlichen Beanspruchung. Im Hinblick
auf eine gute Verschleißfestigkeit
bestehen bekannte Zugführungsmittel
im Bereich des Führungsabschnitts
aus mehreren gemischten Kunststoffkomponenten, in der Regel kommen
zwei verschiedene Kunststoffe zum Einsatz, von denen einer ein Füllstoff
ist und als Gleitwerkstoff dient. In der Regel wird als festigkeitsbestimmender Werkstoff
Polyamid (PA) und als Gleitwerkstoff Polytetraflurethylen PTFE)
verwendet. Ein solches Gleitelement bzw. eine Zugmittelführung in
Form einer Spannschiene ist z.B. aus
DE 201 18 901 U1 bekannt.
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Die
Herstellung von Reib- oder Gleitelementen unterschiedlicher Art,
beispielsweise der Zugmittelführungen
bzw. der Abschnitte in Form von Spann schienen oder Rollen oder dergleichen
erfolgt bevorzugt in Kunststoffspritzgießverfahren, wobei als Ausgangsmaterialien
ein Granulat verwendet wird. Das Granulat besteht aus einer vorgefertigten
Mischung der beiden Kunststoffarten, wobei diese im Rahmen der Granulatherstellung
als reine Ausgangsstoffe in Kugel- oder Pelletform miteinander vermischt
werden und daraus die Mischgranulen gepresst werden. Das Spritzgießgranulat
besteht also aus zwei oder mehreren Anteilen oder Mengen an reinen
Kunststoffarten, die miteinander aufgrund der physikalischen Verpressung
im Rahmen der Granulatherstellung aneinander hängen. Das heißt, eine
Granule besteht beispielsweise zur Hälfte aus PA und zur anderen
Hälfte aus
PTFE, wobei die beiden Kunststoffarten entlang einer scharfen Grenzlinie
aneinander aufgrund der Verpressung im Rahmen der Granulatherstellung haften.
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Hieraus
resultiert das Problem, dass sich auch nach dem Aufschmelzen der
Granulen im Spritzgießprozess
im hergestellten Spritzgegenstand, also beispielsweise der Spannschiene,
keine homogene Verteilung der verschiedenen Kunststoffarten über den
Spritzgegenstand einstellt, vielmehr bilden sich Inseln erhöhter Konzentration
vornehmlich an PTFE, das gegenüber
dem PA im Unterschuss vorliegt. Weiterhin ist zu beobachten, dass sich
beim Spritzgießen
eine äußere Spritzhaut
ausbildet, in der überhaupt
kein Gleit-Kunststoff, also überhaupt
kein PTFE, vorliegt. Dieses findet sich erst in inhomogener Verteilung
unterhalb der Oberfläche. Diese
Inhomogenität
und das Fehlen des Gleitkunststoffs an der Oberfläche führt dazu,
dass es bei neu installierten Zugmittelführungen, also beispielsweise bei
einer neu eingebauten Spannschiene zu einem sogenannten Stick-Slip-Phänomen kommt.
Hierunter versteht man eine Wechselwirkung zwischen Haftreibung
und Gleitreibung, bedingt durch die fehlende Gleiteigenschaft der
Spannschiene an der Führungsoberfläche, nämlich der
Spritzhaut. Die darüber
laufende Kette wird also nicht homogen geführt, das heißt, sie
trifft dort nicht auf homogene Gleiteigenschaften. Dies führt zu im
Zugmitteltrieb induzierten Schwingungen und hieraus resultierenden
Geräuschen
beim Anlauf einer neuen Zugmittelführung, wobei sich diese Probleme
so lange einstellen, bis die Spritzhaut mechanisch aufgrund der
Ketteneinwirkung entfernt ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein in seiner Art beliebiges
Gleit- oder Reibelement, z.B.
in Form einer Zugmittelführung,
einer Lagerbuchse, eines an einem Drittgegenstand anbringbaren Gleit-
oder Reibauflage o.dgl. anzugeben, das demgegenüber verbessert ist und homogene
Gleiteigenschaften bietet.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem beliebig ausgeführten Gleit- oder Reibelement
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der erste Kunststoff eine Kunststoffmatrix bildet, in der der
zweite Kunststoff chemisch gebunden ist.
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Anders
als bisher wird zur Herstellung dem erfindungsgemäßen Gleit-
oder Reibelement z.B. in Form einer Zugmittelführung ein Granulat verwendet, bei
dem keine physikalische Verbindung der beiden Kunststoffarten vorliegt,
sondern bei dem der zweite Kunststoff chemisch in einer vom ersten
festigkeitsbestimmenden Kunststoff gebildeten Kunststoffmatrix eingelagert
ist. Es liegt also eine echte chemische Verbindung des zweiten,
als Gleitwerkstoff dienenden Kunststoffs an den ersten Kunststoff
auf molekularer Ebene vor. Dies führt dazu, dass auch beim Aufschmelzen
im Rahmen des Spritzgießprozesses selbstverständlich eine
homogene Verteilung der Kunststoffkomponenten gegeben ist, die sich
gleichermaßen
im Spritzgegenstand einstellt, das heißt, auch dort bildet sich die
Kunststoffmatrix des ersten Kunststoffs aus, in der der zweite Kunststoff
chemisch gebunden eingelagert ist. Querschnittlich gesehen ergibt
sich damit eine homogene Verteilung des Gleitkunststoffs im Spritzgegenstand,
damit auch an der Außenseite
desselben. Die Schwierigkeiten, die aus der inhomogenen Verteilung
und der Bildung der Spritzhaut im Stand der Technik wie oben beschrieben
gegeben sind, stellen sich beim erfindungsgemäßen Gegenstand vorteilhaft
nicht mehr ein. Das derart hergestellte Reib- oder Gleitelement weist
generell verbesserte physikalische, mechanische und tribologische
Eigenschaften auf. Infolge der zu jedem Zeitpunkt homogenen Gleiteigenschaften im
Bereich der Anlage des Zugmittels treten folglich keine Stick- Slip-Phänomene mehr
auf, so dass sich z.B. beim Anlauf eines neuen Spanners keine Schwierigkeiten
ergeben. Vorteilhaft ist ferner, dass aufgrund der sichergestellten
homogenen Verteilung des Gleitkunststoffs von diesem mengenmäßig weniger
benötigt
wird, verglichen mit dem Stand der Technik, wo mit deutlich mehr
gearbeitet werden muss, um die sich aus der Inselbildung ergebenden
Konzentrationsschwankungen in anderen Abschnitten auszugleichen.
Auch können
bessere Festigkeitswerte über
den gesamten Spritzgegenstand eingestellt werden, da zum einen die
Menge an zweitem, weicherem Kunststoff geringer ist und zum anderen aufgrund
der homogenen Verteilung an allen Stellen gleiche mechanische und
physikalische Parameter gegeben sind.
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Wenngleich
als erster matrixbildender und festigkeitsbestimmender Kunststoff
jeder thermoplastische oder gegebenenfalls auch duroplastische Kunststoff
verwendet werden kann, der dies ermöglicht und mit dem die gewünschten
Parameter eingestellt werden können,
bietet sich Polyamid besonders an. Auch als zweiter Gleitkunststoff
kann jeder Kunststoff verwendet werden, der wie auch der erste Kunststoff
bevorzugt in einem Spritzgießverfahren verarbeitet
werden kann und der die gewünschten
Eigenschaften verleiht, wobei hier PTFE zu bevorzugen ist.
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Neben
dem Gleit- oder Reibelement selbst betrifft die Erfindung ferner
ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beliebig ausgeführten Gleit-
oder Reibelements, z.B. in Form einer Zugmittelführung, welches Verfahren sich
dadurch auszeichnet, dass zur Herstellung des Abschnitts bevorzugt
in einem Spritzgießverfahren
ein Granulat aus wenigstens zwei verschiedenen, miteinander vermischten
Kunststoffen, von denen der erste Kunststoff eine Kunststoffmatrix
bildet, in der der als Gleitwerkstoff dienende zweite Kunststoff
chemisch gebunden ist, verwendet wird, wobei als Kunststoffe bevorzugt
PA und PTFE verwendet werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die Figuren. Die Figuren sind schematische
Darstellungen und zeigen:
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1 eine
Schnittansicht durch ein Gleit- oder Reibelement in Form einer Zugmittelführung, ausgebildet
als Spannschiene, gemäß dem Stand der
Technik unmittelbar nach der Herstellung in einem Spritzgießverfahren,
und
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2 eine
Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Gleit- oder Reibelement
in Form einer Zugmittelführung,
ausgebildet als Spannschiene, unmittelbar nach der Herstellung in
einem Spritzgießverfahren.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Zugmittelführung 1 in
Form einer Spannschiene 2 gemäß dem Stand der Technik. Die
Spannschiene ist im Schnitt dargestellt, nachdem es auf die Verteilung
der unterschiedlichen Kunststoffarten im Querschnitt ankommt. Ansonsten handelt
es sich bei der Spannschiene 2 um eine übliche Spannschiene gleich
welcher Art.
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Die
Spannschiene 2 nach dem Stand der Technik besteht aus einem
ersten Kunststoff 3, beispielsweise PA, und einem zweiten
Kunststoff 4, beispielsweise PTFE. Sie besitzt an ihrer
Oberseite eine längsgeführte, seitlich
begrenzte Ausnehmung oder Abschnitt 5, auf dem beispielsweise
eine Kette läuft.
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Die
Spannschiene 2 wurde in einem Spritzgießverfahren hergestellt. Ersichtlich
ist die Verteilung der beiden Kunststoffe 3 und 4 über die
Querschnittsfläche
inhomogen. In dem Kunststoff 3, der im Überschuss vorliegt und im Wesentli chen
die Festigkeitseigenschaften der Spannschiene 2 bestimmt, ist
der zweite Kunststoff 4 zwar eingebunden, jedoch nicht
in homogener Verteilung, vielmehr bilden sich wie in der Prinzipskizze
dargestellt eine Vielzahl von Inseln 6 hoher Konzentration
an PTFE oder bestehen aus reinem PTFE. Darüber hinaus bildet sich wie
in 1 gezeigt eine aus dem Spritzgießverfahren
resultierende äußere Spritzhaut 7,
in der aufgrund von Entmischungseffekten überhaupt kein PTFE vorliegt.
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Aus
dieser Spritzhaut 7 und der inhomogenen PTFE-Verteilung
ergeben sich zum einen beim Anlauf Probleme, nachdem es dort zu
einem Stick-Slip-Effekt kommt, zum anderen wird das inhomogen verteilte
PTFE durch den Kettenangriff herausgerieben, so dass sich keine
tribologisch optimale Gleitschicht einstellt.
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Demgegenüber zeigt 2 eine
erfindungsgemäße Zugmittelführung 8 in
Form einer Spannschiene 9, die ebenfalls im Schnitt dargestellt
ist und einen Abschnitt 10 aufweist, an dem die nicht näher gezeigte
Kette angreift. Auch die Spannschiene 9 besteht aus einem
ersten Kunststoff 11, bevorzugt PA, und einem zweiten Kunststoff 12,
bevorzugt PTFE, der hier wie in der Prinzipskizze dargestellt sein
soll absolut homogen verteilt vorliegt, nachdem er in einer Kunststoffmatrix,
gebildet aus dem ersten PA-Kunststoff, die zeichnerisch nicht darstellbar
ist, chemisch eingebunden ist. Das heißt, die PTFE-Molekülketten
sind molekular verteilt und chemisch an die PA-Molekülketten
gebunden. Dies führt
zu einer homogenen Verteilung und homogenen Festigkeitseigenschaften über den
Spannerquerschnitt sowie dazu, dass der Abschnitt 10 zu
jedem Zeitpunkt homogene, gleichbleibende Gleiteigenschaften aufweist.
Es ist infolge der chemischen Verbindung und homogenen Verteilung
nicht mehr möglich,
dass das PTFE herausgerieben wird. Es bildet sich eine tribologisch
optimale Gleitschicht aus, das PTFE als Gleitwerkstoff liegt schon
zu Beginn an der Oberfläche vor,
so dass es keine Einlaufeffekte mehr gibt, die sich nachteilig auswirken
könnten.
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Neben
den in den Figuren beschriebenen Zugmittelführungen kann ein erfindungsgemäßes Gleit-
oder Reibelement auch beispielsweise in Form einer Gleitbuchse oder
eines Gelenk- oder Gleitlagers oder als an einem Drittgegenstand,
z.B. einer Führungsschiene
o.dgl. anbringbare Auflage realisiert sein. Auch dort ist der jeweilige
aus dem erfindungsgemäß verwendeten
Kunststoffgranulat hergestellte Abschnitt mechanischen Belastungen
ausgesetzt, die im Vergleich zu bisher bekannten deutlich besser
aufgefangen werden unter Vermeidung der eingangs beschriebenen Nachteile.
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- 1
- Zugmittelführung
- 2
- Spannschiene
- 3
- Kunststoff
- 4
- Kunststoff
- 5
- Abschnitt
- 6
- Insel
- 7
- Spritzhaut
- 8
- Zugmittelführung
- 9
- Spannschiene
- 10
- Abschnitt
- 11
- Kunststoff
- 12
- Kunststoff