DE102011077735A1

DE102011077735A1 - Gelenklager

Info

Publication number: DE102011077735A1
Application number: DE102011077735A
Authority: DE
Inventors: Robert Krautwald; Peter Schuster; Thomas Weitkamp
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-18
Also published as: DE102011077735B4

Abstract

Eine Gelenklager weist ein erstes Lagerteil (2) und ein relativ zu diesem gleitgelagertes zweites Lagerteil (3) auf, wobei mindestens eines der Lagerteile (2, 3) aus Kunststoff als Grundwerkstoff gefertigt ist und einen eine Gleitfläche (5) bildenden metallischen Überzug (4) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gelenklager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ein Gelenklager ist beispielsweise aus der DE 1 898 695 U bekannt. Dieses Gelenklager weist Gleitflächen auf, die mit einem Überzug versehen sind, der Molybdändisulfid enthält. Zum Grundwerkstoff des Gelenklagers sind in der DE 1 898 695 U keine Angaben gemacht.
Ein weiteres Gelenklager ist in der DE 91 14 279 U1 offenbart. In diesem Fall besteht ein Teil des Gelenklagers aus Metall und ein weiteres Teil aus einem Kompositmaterial, welches eine Polyester-basierte Kunststoffmatrix aufweist und Molybdändisulfid enthalten kann.
Ein Gelenklager, bei welchem sowohl eine Lagerpfanne als auch ein in dieser angeordneter Lagerkörper aus Kunststoff bestehen, ist zum Beispiel aus der DE 196 15 872 A1 bekannt.
Ein in der EP 0 651 862 B1 offenbartes Gleitlager weist zwei Lagerteile auf, welche aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen, wobei eine Gleitfläche eines Lagerteils mit Chrom beschichtet ist und eine Gleitfläche des anderen Lagerteils mit Nickel und Fluor-Kautschuk-Elastomer beschichtet ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, insbesondere rationell herstellbares, Gelenklager anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gelenklager mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieses Gelenklager umfasst ein erstes Lagerteil und ein relativ zu diesem gleitgelagertes zweites Lagerteil, wobei mindestens eines der Lagerteile aus Kunststoff als Grundwerkstoff gefertigt ist und einen eine Gleitfläche bildenden metallischen Überzug aufweist. Sämtliche Bauarten von Gleitlagern, auch Axiallager, werden vorliegend unter den Begriff „Gelenklager“ subsumiert.
Als Kunststoff, welcher den Grundwerkstoff mindestens eines Lagerteils bildet, eignet sich beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA), jeweils auch in faserverstärkte Ausführung.
Das Gelenklager kann beispielsweise als Radiallager ausgebildet sein, welches einen Außenring als erstes Lagerteil und einen Innenring als zweites Lagerteil aufweist. Hierbei ist vorzugsweise der Innenring aus Kunststoff als Grundwerkstoff gefertigt und mit einer metallischen Beschichtung, zumindest im Bereich seiner Gleitfläche, versehen; zusätzlich oder alternativ kann auch der Außenring in entsprechender Weise als metallisiertes Kunststoffteil ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform ist das Gelenklager als Axiallager ausgebildet, welches eine Lagerpfanne und einen in diese eingesetzten Lagerkörper als relativ zueinander gleitgelagerte Lagerteile aufweist. Auch in diesem Fall kann entweder das erste Lagerteil, nämlich die Lagerpfanne, oder das zweite Lagerteil, nämlich der Lagerkörper, oder jedes Lagerteil als metallisiertes Kunststoffteil ausgebildet sein.
In jeder Ausführungsform zeichnet sich das Gelenklager insbesondere durch einen geringen Herstellungsaufwand sowie durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen, auf metallischen Grundwerkstoffen basierenden Gelenklagern aus. Das überwiegend aus Kunststoff gefertigte Lagerteil ist beispielsweise im Spritzgussverfahren bereits nahezu mit seinen Endabmessungen herstellbar.
Als eine Gleitfläche bildender metallischer Überzug ist zum Beispiel eine galvanisch abgeschiedene Schicht geeignet. Insbesondere kann eine solche Schicht als Nano-Nickel-Beschichtung ausgebildet sein, wie sie etwa unter der Marke „Nanovate“ des Anbieters Integran Technologies Inc. auf dem Markt ist. Alternativ kann der metallische Überzug eine chemisch abgeschiedene, d.h. außenstromlos abgeschiedene, Schicht, insbesondere eine NiP-Beschichtung, sein. In beiden Fällen weist der metallische Überzug vorzugsweise eine Dicke von mindestens 50 µm und höchstens 100 µm auf und kann als Nano-Beschichtung ausgebildet sein. Nano-Beschichtungen werden zum Beispiel von der Fa. Enthone Inc. unter der Marke ENfinity angeboten.
Gemäß verschiedener vorteilhafter Weiterbildungen ist auf den metallischen Überzug eines Lagerteils oder beider Lagerteile eine zusätzliche Schutzschicht aufgebracht. Der Gleitkontakt zum anderen Lagerteil ist in diesen Fällen also nicht direkt durch den metallischen Überzug, sondern durch die Schutzschicht hergestellt.
Eine erste Variante einer solchen mehrlagigen Beschichtung eines Kunststofflagerteil zielt hauptsächlich auf die Reibungsverminderung ab. Die Schutzschicht, auch als der Deckschicht bezeichnet, enthält hierbei beispielsweise Kupfer, Silber, Zinn oder andere Materialien mit günstigen Gleiteigenschaften. Die Schutzschicht weist dabei vorzugsweise eine geringere Härte als der metallische Überzug, jedoch eine höhere Härte als der Grundwerkstoff des Lagerteils auf. Bevorzugt ist die Schutzschicht eines solchen reibungsoptimierten Gleitlagerteils mindestens vier mal so dick wie der metallische Überzug.
Gemäß einer zweiten Variante einer mehrlagigen Beschichtung eines Kunststofflagerteil steht der durch die Schutzschicht erzielte Verschleißschutz im Vordergrund. Hierbei weist die Schutzschicht, welche beispielsweise aus Nickel, NiP oder Hartchrom gebildet ist, vorzugsweise eine größere Härte als der metallische Überzug auf, wobei sie dünner als der metallische Überzug ist. Die Härte der Schutzschicht, insbesondere Chromschicht, kann mehr als 800 HV betragen.
Das erfindungsgemäße Gelenklager ist auch für Anwendungen mit starker mechanischer und korrosiver Beanspruchung, zum Beispiel im Bergbau, in Wasserfahrzeugen, sowie in Meerwasser ausgesetzten Anlagen zur Energiegewinnung geeignet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ein Gelenklager in einer Schnittdarstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Gelenklager setzt sich aus einem ersten Lagerteil 2, nämlich einem Außenring, und einem zweiten Lagerteil 3, nämlich einem Innenring, zusammen. Zumindest der Innenring 3 ist aus einem Kunststoff, beispielsweise faserverstärktem Polypropylen, als Grundwerkstoff gefertigt und weist einen metallischen Überzug 4 auf, welcher eine konvexe Gleitfläche 5 bildet, die den Außenring 2 kontaktiert. Der metallische Bezug 4 ist entweder galvanisch, das heißt mittels Außenstrom, oder chemisch, das heißt außenstromlos, aufgebracht.
Optional ist der metallische Überzug 4 von einer Schutzschicht 5 abgedeckt, bei welcher es sich um eine Verschleißschutzschicht, eine Korrosionsschutzschicht, und/oder eine Schicht zur Reibungsverminderung handelt. Der Außenring 2 kann aus Metall als Grundwerkstoff oder, entsprechend dem Innenring 3, als metallisiertes Kunststoffteil ausgebildet sein. In jedem Fall ist das Gelenklager 1 für wesentlich höhere Traglasten als ein vollständig aus Kunststoff hergestelltes Gleitlager identischer Dimensionierung ausgelegt, wobei der Herstellungsaufwand nur moderat erhöht und eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit gegeben ist. In Anwendungsfällen, beispielsweise in Maschinen- oder Fahrzeugbau, in denen die Lagerteile 2, 3 sichtbar sind, ist zudem der dekorative Aspekt der Metallisierung der Lagerteile 2, 3 von Vorteil.
Bezugszeichenliste

1: Gelenklager
2: erstes Lagerteil, Außenring
3: zweites Lagerteil, Innenring
4: metallischer Überzug
5: Gleitfläche
6: Schutzschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1898695 U [0002, 0002]
DE 9114279 U1 [0003]
DE 19615872 A1 [0004]
EP 0651862 B1 [0005]

Claims

Gelenklager, mit einem ersten Lagerteil (2) und einem relativ zu diesem gleitgelagerten zweiten Lagerteil (3), wobei mindestens eines der Lagerteile (2, 3) aus Kunststoff als Grundwerkstoff gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Kunststoff gefertigte Lagerteil (2, 3) einen eine Gleitfläche (5) bildenden metallischen Überzug (4) aufweist.
Gelenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Lagerteil (2) als Außenring und das zweite Lagerteil (3) als Innenring ausgebildet ist.
Gelenklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (5) des Außenrings (2) als metallischer Überzug (4) ausgebildet ist.
Gelenklager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (5) des Innenrings (3) als metallischer Überzug (4) ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug (4) eine galvanisch abgeschiedene Schicht ist.
Gelenklager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug (4) als Nano-Nickel-Beschichtung ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug (4) eine chemisch abgeschiedene Schicht ist.
Gelenklager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug (4) als NiP-Beschichtung ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug (4) eine Dicke von mindestens 50 µm aufweist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug (4) eine Dicke von höchstens 200 µm aufweist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf den metallischen Überzug (4) eine Schutzschicht (6) aufgebracht ist.
Gelenklager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6) eine geringere Härte als der metallische Überzug (4), jedoch eine höhere Härte als der Grundwerkstoff des Lagerteils (2, 3) aufweist.
Gelenklager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6) mindestens vier mal so dick wie der metallische Überzug (4) ist.
Gelenklager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6) eine größere Härte als der metallische Überzug (4) aufweist.
Gelenklager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6) dünner als der metallische Überzug (4) ist.