DE102018208489A1

DE102018208489A1 - Verfahren zum Ausbilden eines Gleitlagers in einem Gehäusebauteil zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils

Info

Publication number: DE102018208489A1
Application number: DE102018208489.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Nadermann; Michael Roderus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-12-05

Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines Gleitlagers (14) in einem Gehäusebauteil (18) zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils (16), insbesondere einer Welle (16) in dem Gehäusebauteil (18), wobei in einem Lageraufnahmebereich (20) des Gehäusebauteils (18) ein strukturierter Bereich (22) erzeugt wird, und wobei eine Gleitschicht (24), insbesondere durch Spritzgießen, auf den strukturierten Bereich (22) des Gehäusebauteils (18) aufgebracht wird, um das Gleitlager (14) auszubilden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Ausbilden eines Gleitlagers in einem Gehäusebauteil zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, insbesondere einer Welle in dem Gehäusebauteil sowie ein Gehäusebauteilverbund mit einem integrierten Gleitlager zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, insbesondere einer Welle.
Gleitlager bzw. Hochleistungsgleitlager bestehen aus einer festen Tragschicht und je nach Gleitlager aus einer oder zwei darüber liegenden Schichten. Derartige Gleitlager werden nach dem Stand der Technik als flächiges Halbzeug hergestellt und im Anschluss an den Zuschnitt umgeformt und geschweißt. Diese Fügestelle stellt eine Schwachstelle im Gleitlager dar und ist bei der Auslegung des Lagers, sowie dessen Positionierung im späteren Einsatz zu berücksichtigen. In der Regel wird auf das Grundmaterial Sinterbronze aufgebracht und diese Struktur anschließend mit polymeren Verbundwerkstoffen gefüllt. Auf die Lagerherstellung folgt im Produktentstehungsprozess die Montage des Gleitlagers im Bauteil.
Die DE 10 2008 037 871 A1 offenbart ein mehrschichtiges Gleitlager, wobei die Oberfläche der Grundschicht als strukturierte Oberfläche mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen ausgestaltet ist.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Gleitlagers in einem Gehäusebauteil zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, insbesondere einer Welle in dem Gehäusebauteil, wobei in einem Lageraufnahmebereich des Gehäusebauteils ein strukturierter Bereich erzeugt wird, und wobei eine Gleitschicht, insbesondere durch Spritzgießen bzw. Anspritzen (=Spritzgussverfahren) auf den strukturierten Bereich des Gehäusebauteils aufgebracht wird, um das Gleitlager auszubilden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Gehäusebauteilverbund mit einem integrierten Gleitlager zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, insbesondere einer Welle, aufweisend ein monolithisch ausgebildetes Gehäusebauteil mit einem Lageraufnahmebereich, wobei der Lageraufnahmebereich einen strukturierten Bereich aufweist, und wobei das Gleitlager eine Gleitschicht aufweist, welche in dem strukturierten Bereich unlösbar mit dem Gehäusebauteil verbunden ist.
Das Gehäusebauteil ist bevorzugt monolithisch ausgebildet. Das Gehäusebauteil wird bevorzugt mittels eines Pulverspritzgussverfahrens hergestellt. Das Gehäusebauteil kann bspw. Metall oder Stahl aufweisen oder daraus bestehen. Das Gehäusebauteil ist bevorzugt ein Maschinengehäuse und/oder Lagergehäuse.
Hierbei ist das Gehäusebauteil als Tragstruktur des Gleitlagers ausgebildet. D.h., mit anderen Worten, dass das Gleitlager keine eigene bzw. separate Tragschicht - oder Tragstruktur (=Lagergrundkörper) aufweist, sondern vielmehr das Gehäusebauteil selbst die stabilisierende Funktion übernimmt.
Der Lageraufnahmebereich ist bevorzugt als kreisrunde Öffnung bzw. Aussparung und/oder Bohrung ausgebildet. Der strukturierte Bereich wird bevorzugt mittels eines Pulverspritzgussverfahrens, insbesondere mittels des Pulverspritzgussverfahrens bei und/oder während der Herstellung des Gehäusebauteils erzeugt. Der strukturierte Bereich erstreckt sich bevorzugt über den gesamten Lageraufnahmebereich. Unter einem strukturierten Bereich ist ein Bereich zu verstehen, welcher - insbesondere in einer radialen Richtung des Maschinenteils bzw. der Welle - Erhöhungen und Vertiefungen aufweist. Hierbei ist insbesondere ein an den strukturierten Bereich angrenzender Bereich unstrukturiert ausgebildet. Es sei hierbei angemerkt, dass selbstverständlich jede Oberfläche im weitesten Sinne eine Art „Strukturierung“ aufweist. Im Sinne dieser Anmeldung ist mit dem strukturierten Bereich jedoch ein Bereich gemeint, welcher eine deutliche sich von dem umgebenden Bereich abhebende Strukturierung aufweist, um eine ausreichende Haftfähigkeit der Gleitschicht an dem Gehäusebauteil zu gewährleisten. Der strukturierte Bereich ist demnach derart ausgebildet, dass eine ausreichende Haftfähigkeit der Gleitschicht an dem Gehäusebauteil gewährleistet ist.
Das Gleitlager kann als Radiallager oder als Axiallager ausgebildet sein. Das Gleitlager kann an einer Oberfläche bzw. Innenfläche, welche dem Maschinenteil bzw. der Welle zugewandt ist, eine Funktionsoberfläche bzw. -schicht, bspw. eine Einlaufschicht aufweisen. Die Funktionsoberfläche bzw. -schicht kann auf der Gleitschicht angeordnet sein.
Die Gleitschicht wird während des Aufbringvorgangs bzw. Spritzvorgangs ausgebildet. D.h., mit anderen Worten, dass die Gleitschicht vor dem Aufbringen auf den strukturierten Bereich des Gehäusebauteils noch nicht fertig bzw. zunächst flüssig ausgebildet ist und somit ihre Form erst nach dem Aufbringen und Abkühlen erlangt. Die Gleitschicht weist bevorzugt einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer oder einen polymeren Verbundwerkstoff, auf oder besteht daraus. Die Gleitschicht wird bevorzugt durch Spritzgießen bzw. Anspritzen des (verflüssigten) Kunststoffes, insbesondere Polymers oder des polymeren Verbundwerkstoffes, auf den strukturierten Bereich aufgebracht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nunmehr möglich, sehr einfach und kostengünstig ein Gleitlager in ein Gehäusebauteil zu integrieren, so dass auf eine separate Tragstruktur des Gleitlagers, d.h. den Lagergrundkörper (i.d.R. Stahl) und Sinterbronze gänzlich verzichtet werden kann. Diese Integration des Gleitlagers ermöglicht eine Gewichtsersparnis und gleichzeitig können Fertigungsschritte eingespart werden, da das Gleitlager nicht separat hergestellt wird. Die Montage des Gleitlagers wird durch den Spritzgussprozess, Pulverspritzguss oder Heißpressen ersetzt. Zusätzlich entfällt die Schweißnaht der Tragstruktur bzw. des Lagergrundkörpers und somit eine potentielle Schwachstelle des Gleitlagers.
Es ist vorteilhaft, wenn der strukturierte Bereich mittels eines Pulverspritzgussverfahrens, insbesondere mittels des Pulverspritzgussverfahrens bei und/oder während der Herstellung des Gehäusebauteils erzeugt wird. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der strukturierte Bereich mittels eines Mehrkomponentenspritzgusses erzeugt wird. Die soweit beschriebenen Verfahren gehen davon aus, dass das Material zum Herstellen bzw. Erzeugen des Gehäusebauteils in einem einzigen Prozessschritt in einer entsprechenden Spritzgussform bzw. einem Spritzgusswerkzeug verarbeitet wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass der strukturierte Bereich durch einen separaten, sich an einem ersten Pulverspritzguss anschließenden zweiten Pulverspritzguss erzeugt wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass in einem ersten Pulverspritzguss zunächst das Gehäusebauteil ohne den strukturierten Bereich erzeugt bzw. ausgebildet wird, und dass anschließend der strukturierte Bereich durch Aufbringen des entsprechenden Materials an das im ersten Pulverspritzguss erzeugte Gehäusebauteil ausgebildet wird. Das soweit beschriebene Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass sich unterschiedliche Dichten des Materials besonders einfach einstellen lassen. Auch macht es auf besonders einfache Art und Weise die Verwendung von unterschiedlichen Materialen für den strukturierten Bereich und dem restlichen Bereich des Gehäusebauteils möglich. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der strukturierte Bereich durch einen Mehrkomponentenspritzguss erzeugt wird, d.h. dass die unterschiedlichen Bereiche zeitgleich im Werkzeug erzeugt werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der strukturierte Bereich vor dem Aufbringen der Gleitschicht mittels Laserstrahlbearbeitung erzeugt oder zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Gleitschicht nachbehandelt wird. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Laserstrahlbearbeitung mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers, Kurzpuls-Lasers oder Dauerstrich-Lasers durchgeführt wird. Durch diese Maßnahme kann sehr einfach und kostengünstig eine gewünschte strukturierte Oberfläche in dem Lageraufnahmebereich erzeugt werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 einen schematischen Querschnitt eines Gehäusebauteilverbunds mit einem integrierten Gleitlager gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden eines Gleitlagers in einem Gehäusebauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Bauteileinheit in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen.
Die Bauteileinheit 10 weist einen erfindungsgemäßen Gehäusebauteilverbund 12 mit einem integrierten Gleitlager 14 auf. Die Bauteileinheit 10 weist ferner ein Maschinenteil 16 auf, welches als Welle 16 ausgebildet und in dem Gleitlager 14 beweglich gelagert angeordnet ist.
Der Gehäusebauteilverbund 12 weist ein monolithisch ausgebildetes Gehäusebauteil 18 mit einem Lageraufnahmebereich 20 auf. Das Gehäusebauteil 18 wurde mittels eines Pulverspritzgussverfahrens hergestellt. Das Gehäusebauteil 18 ist als metallisches Maschinengehäuse 18 ausgebildet. Der Lageraufnahmebereich 20 weist einen strukturierten Bereich 22 auf. Der strukturierte Bereich 22 wurde mittels des Pulverspritzgussverfahrens bei bzw. während der Herstellung des Gehäusebauteils 18 erzeugt.
Das Gleitlager 14 weist eine Gleitschicht 24 auf. Die Gleitschicht 24 ist in dem strukturierten Bereich 22 mit dem Gehäusebauteil 18 unlösbar verbunden. Die Gleitschicht 24 besteht aus einem Polymer, welcher mittels Spritzgießen auf den strukturierten Bereich 22 aufgebracht wurde.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Ausbilden eines Gleitlagers 14 in einem Gehäusebauteil 18 zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils 16, insbesondere einer Welle 16 in dem Gehäusebauteil 18. Das Verfahren 100 umfasst hierbei einen Schritt des Erzeugens 102 eines strukturierten Bereiches 22 in einem Lageraufnahmebereich 20 des Gehäusebauteils 18. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt des Aufbringens 104 einer Gleitschicht 24, insbesondere durch Spritzgießen, auf den strukturierten Bereich 22 des Gehäusebauteils 18, um das Gleitlager 14 auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008037871 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ausbilden eines Gleitlagers (14) in einem Gehäusebauteil (18) zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils (16), insbesondere einer Welle (16) in dem Gehäusebauteil (18), wobei in einem Lageraufnahmebereich (20) des Gehäusebauteils (18) ein strukturierter Bereich (22) erzeugt wird, und wobei eine Gleitschicht (24), insbesondere durch Spritzgießen, auf den strukturierten Bereich (22) des Gehäusebauteils (18) aufgebracht wird, um das Gleitlager (14) auszubilden.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (18) monolithisch ausgebildet wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (18) mittels eines Pulverspritzgussverfahrens hergestellt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der strukturierte Bereich (22) mittels eines Pulverspritzgussverfahrens, insbesondere mittels des Pulverspritzgussverfahrens bei und/oder während der Herstellung des Gehäusebauteils (18) erzeugt wird.
Verfahren (100) Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der strukturierte Bereich (22) mittels eines Mehrkomponentenspritzgusses erzeugt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der strukturierte Bereich (22) vor dem Aufbringen der Gleitschicht (24) mittels Laserstrahlbearbeitung erzeugt oder zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Gleitschicht (24) nachbehandelt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlbearbeitung mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers, Kurzpuls-Lasers oder Dauerstrich-Lasers durchgeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (24) während des Aufbringvorgangs ausgebildet wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (24) einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer oder einen polymeren Verbundwerkstoff, aufweist oder daraus besteht, und durch Spritzgießen des Kunststoffes, insbesondere Polymers oder des polymeren Verbundwerkstoffes, auf den strukturierten Bereich (22) aufgebracht wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (18) als Tragstruktur des Gleitlagers (14) ausgebildet ist.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (18) ein Maschinengehäuse (18) und/oder Lagergehäuse ist.
Gehäusebauteilverbund (12) mit einem integrierten Gleitlager (14) zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils (16), insbesondere einer Welle (16), aufweisend ein monolithisch ausgebildetes Gehäusebauteil (18) mit einem Lageraufnahmebereich (20), wobei der Lageraufnahmebereich (20) einen strukturierten Bereich (22) aufweist, und wobei das Gleitlager (14) eine Gleitschicht (24) aufweist, welche in dem strukturierten Bereich (22) unlösbar mit dem Gehäusebauteil (18) verbunden ist.
Bauteileinheit (10) mit einem Gehäusebauteilverbund (12) nach Anspruch 12 und dem Maschinenteil (16), insbesondere der Welle (16).