DE102015225823B4 - Plain bearing bush and method for manufacturing the plain bearing bush - Google Patents
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Abstract
Gleitlagerbuchse (1) mit einer Tragschicht (2) aus einem Tragschichtmaterial und mit einer Gleitschicht (8), wobei die Gleitschicht (8) aus mindestens einer Wickellage besteht, die mit Kunststofffilamenten verstärktes Epoxidharz aufweist und die Tragschicht (2) aus mindestens einer Wickellage besteht, die mit Glasfasern und/oder Kunststofffasern verstärktes Epoxidharz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tragschicht (2) und der Gleitschicht (8) mindestens eine Elastomerschicht (4) angeordnet ist, wobei die Elastomerschicht (4) ein Matrixmaterial aus einem Kautschukmaterial aufweist.Plain bearing bushing (1) with a supporting layer (2) made of a supporting layer material and with a sliding layer (8), the sliding layer (8) consisting of at least one winding layer, which has epoxy resin reinforced with plastic filaments and the supporting layer (2) consists of at least one winding layer , which has epoxy resin reinforced with glass fibers and / or plastic fibers, characterized in that at least one elastomer layer (4) is arranged between the support layer (2) and the sliding layer (8), the elastomer layer (4) having a matrix material made of a rubber material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gleitlagerbuchse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gleitlagerbuchse gemäß dem Anspruch 13.The invention relates to a plain bearing bush according to the preamble of
Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen für Gleitlager, insbesondere für gewickelte Kunststoff-Gleitlager auf der Basis von Epoxidharzen, ist z. B. aus der
Die Tragschicht ist typischerweise durch Glasfasern oder Kohlefasern verstärkte Epoxidharzmatrix gekennzeichnet, welche ein sehr hohes Lastaufnahmevermögen aufweist. Die Gleitschicht setzt sich zumeist aus speziellen nicht oder weniger abrasiven Kunststofffasern oder Fäden als Verstärkungselemente, Festschmierstoffen und ebenfalls einer Epoxidharzmatrix zusammen.The base layer is typically characterized by an epoxy resin matrix reinforced with glass fibers or carbon fibers, which has a very high load-bearing capacity. The sliding layer is mostly composed of special non-abrasive or less abrasive plastic fibers or threads as reinforcement elements, solid lubricants and also an epoxy resin matrix.
Die Zusammensetzung wird so eingestellt, dass sich die geforderten tribologischen Eigenschaften einstellen, die je nach Material und Beschaffenheit des Gegenläufers und den Umweltbedingungen, wie z. B. Nass- oder Trockenlauf variieren können. Solche Gleitlagerbuchsen bestehend aus einer Gleit- und einer Tragschicht sind in der Regel statisch bis zu 230 MPa belastbar und dynamisch bis zu 140 MPa belastbar.The composition is adjusted in such a way that the required tribological properties are established, which depend on the material and nature of the counter-rotating device and the environmental conditions, such as e.g. B. wet or dry running can vary. Such plain bearing bushes, consisting of a sliding layer and a base layer, can usually be statically loaded up to 230 MPa and dynamically loaded up to 140 MPa.
Die Gleitlagerbuchsen nehmen eine Welle auf, die insbesondere bei nichtfluchtenden Bohrungen der Wellenaufnahmen bezüglich der Achse der Gleitlagerbuchse Schiefstellungen von bis zu 5° einnehmen können. Derartige Schiefstellungen führen zu einer Belastung der Kanten der Gleitlagerbuchse, insbesondere der Kanten der Gleitschicht, wo ein zusätzlicher Verschleiß auftritt. Bei Schienenfahrzeugen, im Schwerlastbereich und bei Windturbinen im Off-Shore-Bereich werden deshalb zum Ausgleich von Schiefstellungen Gelenklager eingesetzt. Gelenklager haben jedoch den Nachteil, dass sie einen großen Bauraum benötigen und mindestens aus zwei Bauteilen bestehen.The plain bearing bushes accommodate a shaft which, in particular in the case of non-aligned bores in the shaft receptacles, can assume misalignments of up to 5 ° with respect to the axis of the plain bearing bush. Such misalignments lead to loading of the edges of the plain bearing bush, in particular the edges of the sliding layer, where additional wear occurs. In rail vehicles, in the heavy load area and in wind turbines in the offshore area, spherical bearings are therefore used to compensate for misalignments. However, spherical plain bearings have the disadvantage that they require a large installation space and consist of at least two components.
Die
Aus der
Die
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gleitlagerbuchse zur Verfügung zu stellen, mit der auf einfache Weise eine Schiefstellung einer in der Gleitlagerbuchse geführten Welle ausgeglichen werden kann, um somit die Kantenlasten zu reduzieren. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gleitlagerbuchse bereitzustellen.It is therefore the object of the invention to provide a plain bearing bush with which a misalignment of a shaft guided in the plain bearing bush can be compensated in a simple manner in order to reduce the edge loads. It is also an object of the invention to provide a method for producing such a plain bearing bush.
Diese Aufgabe wird mit einer Gleitlagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a plain bearing bushing with the features of
Die Gleitlagerbuchse weist eine Tragschicht aus einem Tragschichtmaterial und eine Gleitschicht auf. Zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht ist mindestens eine Elastomerschicht angeordnet.The plain bearing bush has a base layer made of a base layer material and a sliding layer. At least one elastomer layer is arranged between the base layer and the sliding layer.
Vorzugsweise ist die Tragschicht außenliegend und die Gleitschicht innenliegend angeordnet.The support layer is preferably arranged on the outside and the sliding layer on the inside.
Der Vorteil der Gleitlagerbuchse besteht darin, dass die Elastomerschicht die Schiefstellung einer in der Gleitlagerbuchse gelagerten Welle ausgleicht und die Gleitschicht dadurch im Kantenbereich entlastet wird. Die gesamte Gleitschicht kann der Schiefstellung der Welle folgen, so dass an den Kanten der Gleitschicht keine zusätzliche Belastung auftritt, wodurch der Kantenverschleiß insgesamt minimiert wird.The advantage of the plain bearing bush is that the elastomer layer compensates for the misalignment of a shaft mounted in the plain bearing bush and the sliding layer is thereby relieved in the edge area. The entire sliding layer can follow the misalignment of the shaft, so that no additional load occurs on the edges of the sliding layer, which minimizes overall edge wear.
Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse ist für den Ausgleich von Schiefstellungen einer Welle bis maximal 5°, insbesondere bis maximal 2° geeignet und stellt somit eine Zwischenlösung zwischen einer herkömmlichen Gleitlagerbuchse ohne Elastomerschicht und einem Gelenklager dar, wobei der benötigte Bauraum in der Regel gegenüber einer herkömmlichen Gleitlagerbuchse größer aber gegenüber einer Gelenklagerbuchse kleiner oder gleich ist.The plain bearing bush according to the invention is suitable for compensating for misalignments of a shaft up to a maximum of 5 °, in particular up to a maximum of 2 °, and thus represents an intermediate solution between a conventional plain bearing bushing without an elastomer layer and a spherical bearing, whereby the space required is usually greater than that of a conventional plain bearing bushing but is less than or equal to a spherical bearing bush.
Im Vergleich zu einem Gelenklager ist die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse nur ein Bauteil.In comparison to a spherical plain bearing, the plain bearing bush according to the invention is only one component.
Ein weiterer Vorteil der Gleitlagerbuchse besteht darin, dass die Dämpfungseigenschaften der Gleitlagerbuchse bei dynamischer Belastung verbessert werden konnten.Another advantage of the plain bearing bush is that the damping properties of the plain bearing bush could be improved under dynamic loads.
Die Elastomerschicht weist ein Matrixmaterial aus einem Kautschukmaterial auf.The elastomer layer has a matrix material made of a rubber material.
Es hat sich gezeigt, dass vorzugsweise Kautschukmaterialien aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften für die Elastomerschicht gut geeignet sind. Vorzugsweise weist die Elastomerschicht ein Matrixmaterial aus Ethylen-Propylen-DienKautschuk (EPDM) auf.It has been shown that rubber materials are preferably well suited for the elastomer layer due to their elastic properties. The elastomer layer preferably has a matrix material made of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).
Der Vorteil dieses Materials besteht insbesondere darin, dass es sehr gut an der Gleitschicht und an der Tragschicht haftet, insbesondere dann, wenn die Gleitschicht und die Tragschicht jeweils ein Matrixmaterial aus Epoxidharz aufweisen. Eine gute Haftung ist insbesondere dann notwendig, wenn die Gleitlagerbuchse großen Belastungen ausgesetzt ist und die Elastomerschicht nicht nur Druck sondern auch Scherbelastungen aushalten muss. Um die Haftung noch weiter zu verbessern, können dem Elastomermaterial noch Haftvermittler zugesetzt werden.The advantage of this material is in particular that it adheres very well to the sliding layer and to the base layer, especially when the sliding layer and the base layer each have a matrix material made of epoxy resin. Good adhesion is particularly necessary when the plain bearing bush is exposed to great loads and the elastomer layer has to withstand not only pressure but also shear loads. In order to improve the adhesion even further, adhesion promoters can also be added to the elastomer material.
Weitere Elastomermaterialien für das Matrixmaterial der Elastomerschicht sind Ethylen-Propylen- Kautschuk (EPM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Acrylnitril-ButadienKautschuk (NBR), hydrierter, Nitril-Kautschuk (HNBR), Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XNBR), hydrierter Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XHNBR), Naturkautschuk (NR), Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA), Chlorsulfonyl-Polyäthylen-Kautschuk (CSM), Chloriertes Polyethylen (CM), Butyl- oder Halobutyl-Kautschuk, Silikon-Kautschuk (VMQ, MVQ), Fluor-Silikon- Kautschuk (FVMQ, MFQ), Chlorhydrin-Kautschuk (CO), Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO), Polychloropren-Kautschuk (CR), einkomponentiges Polyurethan (PU).Other elastomer materials for the matrix material of the elastomer layer are ethylene propylene rubber (EPM), ethylene acrylate rubber (EAM), fluorocarbon rubber (FKM), acrylate rubber (ACM), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), hydrogenated nitrile - Rubber (HNBR), carboxylate nitrile rubber (XNBR), hydrogenated carboxylate nitrile rubber (XHNBR), natural rubber (NR), ethyl vinyl acetate (EVA), chlorosulfonyl polyethylene rubber (CSM), chlorinated polyethylene (CM), butyl or halobutyl rubber, silicone rubber (VMQ, MVQ), fluorosilicone rubber (FVMQ, MFQ), chlorohydrin rubber (CO), epichlorohydrin rubber (ECO), polychloroprene rubber (CR ), one-component polyurethane (PU).
Die genannten Elastomermaterialien sind beispielsweise aus
Die Elastomerschicht kann zusätzlich Vernetzungsmittel aus der Gruppe der Peroxide, der Amine und/oder der Bisphenole enthalten.The elastomer layer can additionally contain crosslinking agents from the group of peroxides, amines and / or bisphenols.
Da die Gleitlagerbuchse hohen Belastungen ausgesetzt wird, kann es von Vorteil sein, auch die Elastomerschicht mit Verstärkungsfasern auszustatten. Als Verstärkungsfasern kommen vorzugsweise Glasfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern, Kohlefasern, Viskosefasern, Aramidfasern und/oder Metallfasern in Frage. Diese Fasern können auch als Gewebematerial eingelagert sein.Since the plain bearing bush is exposed to high loads, it can be advantageous to equip the elastomer layer with reinforcing fibers as well. Glass fibers, nylon fibers, polyester fibers, carbon fibers, viscose fibers, aramid fibers and / or metal fibers are preferably used as reinforcing fibers. These fibers can also be incorporated as a fabric material.
Vorzugsweise weist das Gleitschichtmaterial der Gleitschicht mindestens ein duroplastisches Polymer auf, das vorzugsweise das Matrixmaterial bildet. Matrixmaterial ist dasjenige Material, das den größten Anteil des Gleitschichtmaterials bildet. Als duroplastisches Polymer wird vorzugsweise ein Epoxidharz eingesetzt.The sliding layer material of the sliding layer preferably has at least one thermosetting polymer, which preferably forms the matrix material. Matrix material is the material that makes up the largest proportion of the sliding layer material. An epoxy resin is preferably used as the thermosetting polymer.
Die Gleitschicht besteht aus mindestens einer Wickellage, die mit Kunststofffilamenten verstärktes Epoxidharz aufweisen. Die Kunststofffilamente sind vorzugsweise nicht oder wenig abrasiv. Das Epoxidharz kann Festschmierstoffe enthalten.The sliding layer consists of at least one winding layer that has epoxy resin reinforced with plastic filaments. The plastic filaments are preferably not or only slightly abrasive. The epoxy resin can contain solid lubricants.
Eine Wickellage bezeichnet eine Schicht, die durch Aufwickeln mindestens eines in Epoxidharz getränkten Fadens, vorzugsweise in Kreuzwickeltechnik hergestellt wird.A winding layer refers to a layer which is produced by winding at least one thread soaked in epoxy resin, preferably using the cross winding technique.
Ein Filament ist in der textilen Terminologie die Bezeichnung für Fasern mit praktisch unbegrenzter Länge. Unter einem Faden wird eine Textilie aus mehreren miteinander verbundenen oder verdrehten Fasern bezeichnet.In textile terminology, a filament is the name for fibers of practically unlimited length. A thread is a textile made of several interconnected or twisted fibers.
Vorzugsweise werden Polyesterfilamente als Kunststofffilamente verwendet.Polyester filaments are preferably used as plastic filaments.
Die Kunststofffäden weisen vorzugsweise Polyesterfilamente und PTFE-Partikel auf. Die ausgehärtete Gleitschicht aus einer Epoxidharzmatrix mit Kunststofffäden aus vorzugsweise Polyesterfilamenten und PTFE-Partikeln lässt sich gut mechanisch bearbeiten. Dieser Gleitschichtaufbau eignet sich daher insbesondere für Präzisionsgleitlager, die beispielsweise durch Bohren, Honen oder dergleichen auf Endmaß nachgearbeitet werden müssen. PTFE wirkt als Festschmierstoff und dient somit zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften des Gleitschichtmaterials.The plastic threads preferably have polyester filaments and PTFE particles. The cured sliding layer made of an epoxy resin matrix with plastic threads made of preferably polyester filaments and PTFE particles can be easily processed mechanically. This sliding layer structure is therefore particularly suitable for precision sliding bearings that have to be reworked to their final dimensions, for example by drilling, honing or the like. PTFE acts as a solid lubricant and thus serves to improve the tribological properties of the sliding layer material.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der PTFE-Partikel im Kunststofffaden 2 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 Gew.-% bis 36 Gew.-%. The proportion of PTFE particles in the plastic thread is preferably 2% by weight to 40% by weight, particularly preferably 30% by weight to 36% by weight.
Vorzugsweise werden Epoxidharze verwendet, die bei Temperaturen T ≥ 120°C aushärten.Epoxy resins which cure at temperatures T 120 ° C. are preferably used.
Vorzugsweise werden Bisphenol-basierte Epoxidharze verwendet.Bisphenol-based epoxy resins are preferably used.
Vorzugsweise wird ein Epoxidharz verwendet, das Graphit mit einem Anteil von 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% bezogen auf das Epoxidharz enthält. Auch kann das Epoxidharz PTFE-Partikel mit einem Anteil von 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% bezogen auf das Epoxidmaterial enthalten.An epoxy resin is preferably used which contains graphite in a proportion of 1% by weight to 40% by weight, based on the epoxy resin. The epoxy resin can also contain PTFE particles in a proportion of 1% by weight to 40% by weight based on the epoxy material.
Das Gleitschichtmaterial hat einerseits gute Gleiteigenschaften und eine hohe Verschleißbeständigkeit und besitzt auch gute elastische Eigenschaften, was im Zusammenwirken mit der Elastomerschicht von Vorteil ist.On the one hand, the sliding layer material has good sliding properties and high wear resistance and also has good elastic properties, which is advantageous in conjunction with the elastomer layer.
Vorzugsweise weist das Tragschichtmaterial der Tragschicht mindestens ein duroplastisches Polymer auf, das vorzugsweise das Matrixmaterial bildet. Als duroplastisches Polymer wird vorzugsweise ebenfalls ein Epoxidharz eingesetzt.The base layer material of the base layer preferably has at least one thermosetting polymer, which preferably forms the matrix material. An epoxy resin is preferably also used as the thermosetting polymer.
Die Tragschicht besteht aus mindestens einer Wickellage, die mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern verstärktes Epoxidharz aufweist.The base layer consists of at least one winding layer which has epoxy resin reinforced with glass fibers and / or carbon fibers.
Vorzugsweise werden für die Gleitschicht und für das Tragschichtmaterial dieselben Epoxidharze verwendet.The same epoxy resins are preferably used for the sliding layer and for the base layer material.
Kohlenstofffasern, die auch als Carbonfasern bezeichnet werden, sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Anisotrope Kohlenstofffasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung.Carbon fibers, also known as carbon fibers, are industrially produced fibers made from carbon-containing raw materials, which are converted into graphite-like carbon through chemical reactions that are adapted to the raw material. Anisotropic carbon fibers show high strength and rigidity with at the same time low elongation at break in the axial direction.
Im Vergleich zum Gleitschichtmaterial ist das Tragschichtmaterial weitaus steifer und stabiler.Compared to the sliding layer material, the base layer material is much stiffer and more stable.
Vorzugsweise ist zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht mindestens eine Zwischenschicht aus dem Tragschichtmaterial angeordnet.At least one intermediate layer made of the base layer material is preferably arranged between the base layer and the sliding layer.
Die Zwischenschicht ist vorzugsweise zwischen der Elastomerschicht und der Gleitschicht angeordnet. Die Gleitlagerbuchse weist vorzugsweise einen 4-Schicht-Aufbau auf: Tragschicht - Elastomerschicht - Zwischenschicht - Gleitschicht. Die Elastomerschicht ist somit zwischen zwei Schichten aus Tragschichtmaterial eingepackt.The intermediate layer is preferably arranged between the elastomer layer and the sliding layer. The plain bearing bushing preferably has a 4-layer structure: base layer - elastomer layer - intermediate layer - sliding layer. The elastomer layer is thus wrapped between two layers of base material.
Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen der Zwischenschicht, die Stabilität der Gleitlagerbuchse deutlich erhöht werden kann. Da die Zwischenschicht vorzugsweise aus demselben steifen Material wie die Tragschicht besteht, wird die Festigkeit der gesamten Gleitlagerbuchse deutlich verbessert.It has been shown that by providing the intermediate layer, the stability of the plain bearing bush can be increased significantly. Since the intermediate layer is preferably made of the same rigid material as the base layer, the strength of the entire plain bearing bushing is significantly improved.
Vorzugsweise ist zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht ein periodisch aufgebautes Mehrlagenschichtsystem angeordnet, bei dem die Periodizität aus mindestens zwei Einzellagen besteht, wobei eine Einzellage aus einer Elastomerschicht und eine Einzellage aus einer Zwischenschicht aus dem Tragschichtmaterial besteht.A periodically structured multilayer system is preferably arranged between the base layer and the sliding layer, in which the periodicity consists of at least two individual layers, one individual layer consisting of an elastomer layer and one individual layer consisting of an intermediate layer made of the base layer material.
Mit mehreren Elastomerschichten in einem solchen Mehrlagenschichtsystem können auch größere Schiefstellungen einer Welle ausgeglichen werden, ohne dass die Stabilität der Gleitlagerbuchse beeinträchtigt wird. Größere Schiefstellungen können zwar auch mit einer einzelnen entsprechend dickeren Elastomerschicht ausgeglichen werden. Allerdings ist die Stabilität aufgrund der in Achsrichtung wirkenden Scherkräfte der Gleitlagerbuchse in axialer Richtung geringer.With several elastomer layers in such a multilayer system, even larger misalignments of a shaft can be compensated without the stability of the plain bearing bush being impaired. Larger misalignments can also be compensated for with a single, correspondingly thicker elastomer layer. However, the stability is lower in the axial direction due to the shear forces of the plain bearing bush acting in the axial direction.
Die Dicke
Die Dicke
Die Dicke
Die Dicke
Die Dicke
Die Angaben der Dicken, insbesondere der Dicken
Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse kann im Temperaturbereich von -40°C bis 140°C, vorzugsweise im Temperaturbereich von -40°C bis 80°C eingesetzt werden.The plain bearing bush according to the invention can be used in the temperature range from -40.degree. C. to 140.degree. C., preferably in the temperature range from -40.degree. C. to 80.degree.
Beispielhafte Dickenkombinationen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
-
Die Gleitlagerbuchse wird mit einem Verfahren mit mindestens den folgenden Verfahrensschritten hergestellt, die zeitlich nacheinander ausgeführt werden:
- a) Herstellen einer Gleitschicht aus einem Gleitschichtmaterial,
- b) Herstellen einer Elastomerschicht durch Ummanteln der Gleitschicht mit einem plastischen Elastomermaterial,
- c) Herstellen einer Tragschicht durch Ummanteln der Elastomerschicht mit einem Tragschichtmaterial,
- d) erste Wärmebehandlung des mit den Verfahrensschritten a) bis c) hergestellten Schichtsystems bei einer Temperatur T1,
- e) zweite Wärmebehandlung des Schichtsystems bei einer Temperatur T2 > T1,
- f) Abkühlen und Bearbeiten der Gleitlagerbuchse auf Endmaße.
- a) production of a sliding layer from a sliding layer material,
- b) Production of an elastomer layer by sheathing the sliding layer with a plastic elastomer material,
- c) Creating a base layer by wrapping the elastomer layer with a base layer material,
- d) first heat treatment of the layer system produced with process steps a) to c) at a temperature T 1 ,
- e) second heat treatment of the layer system at a temperature T 2 > T1,
- f) Cooling down and processing of the plain bearing bush to final dimensions.
Die erste Wärmebehandlung gemäß des Verfahrensschritts d), die auch als Angelieren bezeichnet wird, dient zum Aushärten des Gleitschicht- und des Tragschichtmaterials, wobei aber das Elastomermaterial noch im plastischen Zustand belassen wird. Das Aushärten wird in der ersten Wärmebehandlung begonnen. Eine vollständige Aushärtung erfolgt in diesem Verfahrensschritt vorzugsweise noch nicht. Da sich die Elastomerschicht zwischen Tragschicht und Gleitschicht befindet, wird die Elastomerschicht durch das Angelieren zwischen diesen Schichten eingespannt, so dass in der Elastomerschicht ein Druck aufgebaut wird.The first heat treatment according to method step d), which is also referred to as gelling, serves to harden the sliding layer material and the base layer material, but the elastomer material is still left in the plastic state. Hardening is started in the first heat treatment. Complete curing preferably does not yet take place in this process step. Since the elastomer layer is located between the base layer and the sliding layer, the elastomer layer is clamped between these layers by gelation, so that a pressure is built up in the elastomer layer.
In der nachfolgenden zweiten Wärmebehandlung bei einer Temperatur T2 > T1 erfolgt die Überführung des plastischen Elastomermaterials in den elastischen Zustand sowie die vollständige Aushärtung des Gleitschicht- und des Tragschichtmaterials.In the subsequent second heat treatment at a temperature T 2 > T 1 , the plastic elastomer material is converted into the elastic state and the sliding layer material and the base layer material are completely cured.
Vorzugsweise wird gemäß Verfahrensschritt a) mindestens ein mit Epoxidharz getränkter Kunststofffilamente aufweisender Kunststofffaden auf einen Wickelkern aufgewickelt.Preferably, according to method step a), at least one plastic filament impregnated with epoxy resin is wound onto a winding core.
Vorzugsweise wird gemäß Verfahrensschritt c) mindestens ein mit Epoxidharz getränkter Glasfaserfaden und/oder ein mit Epoxidharz getränkter Kohlenstofffaden auf das plastische Elastomermaterial der Elastomerschicht gewickelt.According to method step c), at least one glass fiber thread impregnated with epoxy resin and / or one carbon thread impregnated with epoxy resin is preferably wound onto the plastic elastomer material of the elastomer layer.
Da das Epoxidharz ab einer Temperatur von 80°C beginnt auszuhärten, wird das Angelieren gemäß Verfahrensschritt d) vorzugsweise bei einer Temperatur T1 von 80°C bis 100°C durchgeführt, insbesondere in einem Temperaturbereich von 85°C bis 95°C durchgeführt.Since the epoxy resin begins to harden from a temperature of 80 ° C, the gelling according to method step d) is preferably carried out at a temperature T 1 of 80 ° C to 100 ° C, in particular in a temperature range of 85 ° C to 95 ° C.
Das Angelieren wird gemäß Verfahrensschritt d) über einen Zeitraum von vorzugsweise 10 bis 180 Minuten, besonders bevorzugt in einem Zeitraum von 30 bis 50 Minuten durchgeführt.According to process step d), the gelling is carried out over a period of preferably 10 to 180 minutes, particularly preferably in a period of 30 to 50 minutes.
Vorzugsweise wird ein Kautschukmaterial, besonders bevorzugt EPDM, für die Elastomerschicht verwendet. Dieses Material befindet sich bei Raumtemperatur im plastischen Zustand und wird vorzugsweise in Streifen oder Bahnen von beispielsweise 10 cm bis 50 cm um die Gleitschicht gewickelt. Wenn die Bahn die gewünschte Dicke besitzt, reicht ein einmaliges Umwickeln der Gleitschicht. Bei dünnen Bahnen mit Dicken von beispielsweise 0,5 mm werden so viele Lagen aufgewickelt, bis die gewünschte Dicke für die Elastomerschicht erreicht worden ist. Auf dieses plastische Elastomermaterial wird anschließend das Tragschichtmaterial aufgebracht.A rubber material, particularly preferably EPDM, is preferably used for the elastomer layer. This material is in the plastic state at room temperature and is preferably wrapped around the sliding layer in strips or strips of, for example, 10 cm to 50 cm. If the web has the desired thickness, a single wrapping of the sliding layer is sufficient. In the case of thin webs with a thickness of, for example, 0.5 mm, as many layers are wound up until the desired thickness for the elastomer layer has been achieved. The base layer material is then applied to this plastic elastomer material.
Das Kautschukmaterial wird durch die zweite Wärmebehandlung im Verfahrensschritt e) vorzugsweise bei einer Temperatur T2 im Bereich von 120°C bis 160°C, besonders bevorzugt bei 130°C bis 150°C in den elastischen Zustand überführt. Es handelt sich hierbei um eine Vulkanisation.The rubber material is converted into the elastic state by the second heat treatment in process step e), preferably at a temperature T 2 in the range from 120 ° C to 160 ° C, particularly preferably at 130 ° C to 150 ° C. This is a vulcanization.
Die zweite Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt e) wird vorzugsweise über einen Zeitraum von 0,5 h bis 20 h durchgeführt, besonders bevorzugt in einem Zeitraum von 0,5 h bis 5 h.The second heat treatment according to process step e) is preferably carried out over a period of 0.5 h to 20 h, particularly preferably over a period of 0.5 h to 5 h.
Es hat sich gezeigt, dass die Elastomerschichten während des Angelierens durch das beginnende Aushärten der Gleit- und Tragschichten unter einen gewissen Druck gesetzt werden, wodurch der nachfolgende Vulkanisiervorgang unterstützt wird. Der Vernetzungsgrad durch diesen Druck und die Temperatur von 130° bis 150° ist so hoch, so dass das elastische Material vollständig vulkanisiert wurde.It has been shown that the elastomer layers are put under a certain pressure during gelation due to the beginning hardening of the sliding and base layers, which supports the subsequent vulcanization process. The degree of crosslinking due to this pressure and the temperature of 130 ° to 150 ° is so high that the elastic material has been completely vulcanized.
Vorzugsweise wird im Verfahrensschritt c) der Glasfaserfaden und/oder der Kohlenstofffaden mit einer Fadenspannung von 5 N bis 1000 N, besonders bevorzugt von 10 N bis 100 N, insbesondere von 40 N bis 80 N, aufgewickelt und vorzugsweise in Kreuzwickeltechnik abgelegt. Dadurch wird das plastische Elastomermaterial bereits vor dem Angelieren gemäß Verfahrensschritt c) unter Druck gesetzt, was die Vulkanisation und damit den Vernetzungsgrad zusätzlich verbessert.In process step c), the glass fiber thread and / or the carbon thread is preferably wound with a thread tension of 5 N to 1000 N, particularly preferably 10 N to 100 N, in particular 40 N to 80 N, and is preferably deposited using the cross-winding technique. As a result, the plastic elastomer material is already put under pressure before the gelling in accordance with process step c), which additionally improves the vulcanization and thus the degree of crosslinking.
Vorzugsweise wird das plastische Elastomermaterial im Verfahrensschritt c) luftdicht umwickelt. Dies bedeutet, dass vorzugsweise die Wickellage über die Randbereiche der Elastomerschicht hinaus ausgedehnt wird, damit auch an den Stirnseiten ein allseitiger Luftabschluss der Elastomerschicht erzielt werden kann. Auch diese Maßnahme verbessert das Vulkanisationsergebnis. Das luftdichte Umwickeln der Tragschicht auf das Elastomermaterial ist wichtig, damit keine Lufteinschlüsse bei der Vulkanisation auftreten und die Vulkanisation vollständig und homogen über das ganze Elastomer stattfinden kann.The plastic elastomer material is preferably wrapped in airtight manner in process step c). This means that the wound layer is preferably extended beyond the edge regions of the elastomer layer so that an all-round air seal of the elastomer layer can also be achieved on the end faces. This measure also improves the vulcanization result. The airtight wrapping of the base layer on the elastomer material is important so that no air inclusions occur during vulcanization and the vulcanization can take place completely and homogeneously over the entire elastomer.
Vorzugsweise werden zwischen den Verfahrensschritten a) und c) anstelle des Verfahrensschritts b) weitere und/oder modifizierte Verfahrensschritte a1) und b1) durchgeführt. Der Verfahrensschritt a1) umfasst vorzugsweise das Herstellen einer Zwischenschicht aus Tragschichtmaterial, vorzugsweise durch Ummanteln der Gleitschicht mit dem Tragschichtmaterial. Der Verfahrensschritt b1) umfasst das Herstellen einer Elastomerschicht vorzugsweise durch Ummanteln der Zwischenschicht mit einem plastischen Elastomermaterial. Die Verfahrensschritte a1) und b1) werden vorzugsweise einmalig zur Herstellung eines 4-Schichtsystems ausgeführt.Preferably, further and / or modified method steps a1) and b1) are carried out between method steps a) and c) instead of method step b). Method step a1) preferably comprises the production of an intermediate layer from base layer material, preferably by sheathing the sliding layer with the base layer material. Method step b1) comprises the production of an elastomer layer, preferably by sheathing the intermediate layer with a plastic elastomer material. Process steps a1) and b1) are preferably carried out once to produce a 4-layer system.
Das Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse mit vier Schichten erfolgt daher mit den folgenden Verfahrensschritten, die zeitlich nacheinander ausgeführt werden:
- a) Herstellen einer Gleitschicht,
- a1) Herstellen einer Zwischenschicht aus einem Tragschichtmaterial,
- b1) Herstellen einer Elastomerschicht durch Ummanteln der Zwischenschicht mit einem plastischen Elastomermaterial,
- c) Herstellen einer Tragschicht durch Ummanteln der Elastomerschicht mit dem Tragschichtmaterial,
- d) erste Wärmebehandlung des mit den Verfahrensschritten a), a1), b1), c) hergestellten Schichtsystems bei einer Temperatur T1,
- e) zweite Wärmebehandlung des Schichtsystems bei einer Temperatur T2 > T1,
- f) Abkühlen und Bearbeiten der Gleitlagerbuchse auf Endmaße.
- a) production of a sliding layer,
- a1) production of an intermediate layer from a base layer material,
- b1) producing an elastomer layer by sheathing the intermediate layer with a plastic elastomer material,
- c) Creating a base layer by sheathing the elastomer layer with the base layer material,
- d) first heat treatment of the layer system produced with process steps a), a1), b1), c) at a temperature T 1 ,
- e) second heat treatment of the layer system at a temperature T 2 > T1,
- f) Cooling down and processing of the plain bearing bush to final dimensions.
Die Verfahrensschritte a1) und b1) können zur Herstellung eines Mehrlagenschichtsystems auch zwei- oder mehrmalig ausgeführt werden, bevor sich der Verfahrensschritt c) anschließt.Process steps a1) and b1) can also be carried out two or more times to produce a multilayer system before process step c) follows.
Durch diese zusätzlichen bzw. modifizierten Verfahrensschritte ist es möglich, ein Mehrlagen-Schichtsystem herzustellen, das periodisch aufgebaut ist. Die Periode besteht vorzugsweise aus zwei Einzellagen, nämlich aus einer Zwischenschicht aus Tragschichtmaterial und einer Elastomerschicht.These additional or modified process steps make it possible to produce a multilayer system that is built up periodically. The period preferably consists of two individual layers, namely an intermediate layer made of base layer material and an elastomer layer.
Beispielhafte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Gleitlagerbuchse mit einer Gleitschicht, einer Elastomerschicht und einer Tragschicht, -
2 einen Schnitt durch die in1 gezeigte Gleitlagerbuchse längs der Linie A-A, -
3 die Stirnseite einer Gleitlagerbuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer zusätzlichen Zwischenschicht, -
4 einen Schnitt durch die in3 gezeigte Gleitlagerbuchse längs der Linie B-B, -
5 die in4 dargestellte Gleitlagerbuchse in belastetem Zustand mit einer Welle zur Veranschaulichung der Schiefstellung, -
6 einen Schnitt durch eine Gleitlagerbuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform und -
7 einen Schnitt durch eine Gleitlagerbuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 a perspective view of a plain bearing bushing with a sliding layer, an elastomer layer and a base layer, -
2 a section through the in1 plain bearing bush shown along the line AA, -
3 the end face of a plain bearing bush according to a further embodiment with an additional intermediate layer, -
4th a section through the in3 shown plain bearing bush along the line BB, -
5 in the4th The illustrated plain bearing bush in a loaded condition with a shaft to illustrate the misalignment, -
6th a section through a plain bearing bush according to a further embodiment and -
7th a section through a plain bearing bush according to a further embodiment.
In der
In der
In der
Die Dicken der einzelnen Schichten sind entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck zu wählen. Eine Gleitlagerbuchse kann beispielsweise folgende Abmessungen aufweisen:
- Innendurchmesser 70 mm
- Außendurchmesser 100 mm
- Dicke
D4 der Gleitlagerschicht 2 mm - Dicke
D3 der Zwischenschicht 2 mm - Dicke
D2 der Elastomerschicht 8 mm - Dicke
D1 der Tragschicht 3 mm.
- Inner diameter 70 mm
- Outer diameter 100 mm
- thickness
D 4 theplain bearing layer 2 mm - thickness
D 3 theintermediate layer 2 mm - thickness
D 2 of theelastomer layer 8 mm - thickness
D 1 of the base layer 3 mm.
Die Gesamtdicke
Der Außendurchmesser eines vergleichbaren Gelenklagers beträgt 105 mm. Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse hat somit den Vorteil, dass sie einen kleineren Einbauraum benötigt und nur aus einem Bauteil besteht.The outside diameter of a comparable spherical plain bearing is 105 mm. The plain bearing bush according to the invention thus has the advantage that it requires a smaller installation space and consists of only one component.
Herstellungsbeispiel:Manufacturing example:
Bei der Herstellung einer Gleitlagerbuchse mit einem vierschichten Schichtaufbau wird zuerst die Gleitschicht
Nach dem Ummanteln mit der entsprechenden Elastomerlage auf die gewünschte Dicke
Es folgt dann das Angelieren bei 90°C über 30 Minuten und die zweite Wärmebehandlung bei 130°C über 3 Stunden. Nach dem Abkühlen erfolgt die Bearbeitung auf Endmaße.This is followed by gelling at 90 ° C. for 30 minutes and the second heat treatment at 130 ° C. for 3 hours. After it has cooled down, it is processed to final dimensions.
In der
Die Schiefstellung der Welle
In der
Die einzelnen Elastomerschichten
In der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- GleitlagerbuchsePlain bearing bush
- 22
- TragschichtBase course
- 44th
- ElastomerschichtElastomer layer
- 66th
- ZwischenschichtIntermediate layer
- 88th
- Gleitschicht Sliding layer
- 1010
- MehrlagenschichtsystemMultilayer system
- 1212th
- Periodizitätperiodicity
- 2020th
- Welle wave
- D1D1
- Dicke der TrägerschichtThickness of the carrier layer
- D2D2
- Dicke der ElastomerschichtThickness of the elastomer layer
- D3D3
- Dicke der ZwischenschichtThickness of the intermediate layer
- D4D4
- Dicke der GleitschichtThickness of the sliding layer
- D5D5
- Dicke der PeriodizitätThickness of the periodicity
- D6D6
- Dicke des MehrlagenschichtsystemsThickness of the multilayer system
- D7D7
- Gesamtdicke Total thickness
- BB.
- Belastungload
- LL.
- Längsachse der GleitlagerbuchseLongitudinal axis of the plain bearing bush
- αα
- Winkel SchiefstellungAngle misalignment
- γγ
- Schwenkwinkel der WelleSwivel angle of the shaft
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