DE10206724B4

DE10206724B4 - Verfahren zum Herstellen von Gleitlagern

Info

Publication number: DE10206724B4
Application number: DE10206724.4A
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Michioka; Tomozumi Murata
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2002242934A; DE10206724A1; US20020112351A1; JP4530554B2; US6715207B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Gleitlagern mit: einem ersten Element (1; 80), das eine Gleitführungsfläche (10; 81) aufweist; einem zweiten Element (2; 82), das eine mit der Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) in Gleitkontakt stehende Gleitführungsfläche (20) aufweist und bezüglich des ersten Elements (1; 80) frei beweglich ist; und einem Harzeinsatz (5; 85), der mindestens auf einem Teil der Gleitführungsfläche (20) des zweiten Elements (2; 82) ausgebildet ist und mit der Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) in Gleitkontakt steht; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist: einen ersten Schritt zum Ausbilden der Gleitführungsfläche (10; 81) auf dem ersten Element (1; 80); einen zweiten Schritt zum Fixieren eines thermisch aushärtenden Harzes zur Bildung des Harzeinsatzes (5; 85) auf der gesamten oder auf einem Teil der Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80), durch einen Spritzgießvorgang, in dem das erste Element (1; 80) als Kern in eine Metallform eingesetzt ist; und einen dritten Schritt zum Gießen des zweiten Elements (2; 82), das die Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) bedeckt, durch einen Metallgießvorgang, bei dem das erste Element (1; 80) mit dem darauf fixierten Harzeinsatz (5; 85) als Kern stabil in einer Metallform (6, 7; 90) angeordnet ist, und zum gleichzeitigen thermischen Aushärten des Harzeinsatzes (5; 85) durch die Wärme, die während des Gießvorgangs für das zweite Element (2; 82) auf die Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) einwirkt; und einen vierten Schritt zum Ausbilden eines Zwischenraums zwischen den Gleitführungsflächen (10, 20; 81) des ersten Elements (1; 80) und des zweiten Elements (2; 82) durch Ausüben einer äußeren Kraft auf das erste Element (1; 80) oder das zweite Element (2; 82), um eine relative Bewegung des zweiten Elements (2; 82) bezüglich des ersten Elements (1; 80) zu veranlassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers, wobei ein erstes Element und ein zweites Element relativ zueinander beweglich kombiniert sind, z. B. ein Kugelgelenk, in dem ein Kugelabschnitt und ein Halter dreh- oder schwenkbar miteinander verbunden sind, und eine Linearführungs- oder -antriebsvorrichtung, in der eine Führungswelle und ein Gleitelement gleitend miteinander kombiniert sind, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers, in dem ein Harzeinsatz zwischen dem ersten und dem zweiten Element angeordnet ist.
In der JPS 51-042569 B/1976 ist ein Kugelgelenk beschrieben, in dem eine innere Lauffläche und eine äußere Lauffläche über einen Harzeinsatz dreh- oder schwenkbar miteinander kombiniert sind. D. h., dieses Kugelgelenk weist eine innere Lauffläche mit einer konvexen Oberfläche als Gleitführungsfläche, einen die konvexe Oberfläche der inneren Lauffläche bedeckenden Harzeinsatz mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine die konvexe Oberfläche der inneren Lauffläche über diesem Harzeinsatz bedeckende äußere Lauffläche auf. Weil der Harzeinsatz und die innere Lauffläche, die miteinander fixiert sind, mit der äußeren Lauffläche in Gleitkontakt stehen, sind die innere und die äußere Lauffläche dreh- oder schwenkbar miteinander kombiniert.
In diesem Kugelgelenk wird die äußere Lauffläche durch Druckgießen hergestellt, wobei die innere Lauffläche als Kern verwendet wird, wodurch die innere Lauffläche in einem Innenabschnitt der äußeren Lauffläche eingeschlossen wird. D. h., ein im voraus zylinderförmig ausgebildeter Harzeinsatz wird auf die konvexe Oberfläche einer ringförmigen Laufflächenelements aufgebracht, und das erhaltene Produkt wird anschließend als Kern in einer Metallform verwendet, woraufhin ein geschmolzenes Metall, z. B. eine Zinklegierung, eine Aluminiumlegierung oder ein ähnliches Material, unter Druck in einen Hohlraum der Metallform eingefüllt wird, wobei der Kern in diesem Zustand gehalten wird, um die äußere Lauffläche zu gießen. Dadurch wird eine äußere Lauffläche gegossen, in der eine innere Lauffläche gehalten wird, und diese innere Lauffläche wird bezüglich eines Innenabschnitts der äußeren Lauffläche in einem unlösbaren eingeschlossenen Zustand gehalten. Der auf der inneren Lauffläche aufgebrachte Harzeinsatz steht aufgrund des Gießdrucks mit der konvexen Oberfläche der inneren Lauffläche in engem Kontakt, so daß, zwischen der inneren Lauffläche und dem Harzeinsatz kein Zwischenraum vorhanden ist. Andererseits ist der Harzeinsatz mit der äußeren Lauffläche vereinigt, so daß nur die innere Lauffläche mit dem Harzeinsatz ohne Zwischenraum dazwischen in Gleitkontakt kommen kann. Dadurch wird im in der vorstehend erwähnten Patentveröffentlichung beschriebenen Kugelgelenk eine praktisch ratterfreie Dreh- oder Schwenkbewegung der inneren Lauffläche bezüglich der äußeren Lauffläche erhalten.
Um solche Kugelgelenke in großen Mengen herzustellen und die Produktionskosten zu senken, ist es bevorzugt, anstatt einen zylinderförmig geformten Harzeinsatz auf einer konvexen Oberfläche einer inneren Lauffläche auszubilden, einen zylinderförmigen Harzeinsatz durch Spritzgießen direkt auf einer Kugeloberfläche einer inneren Lauffläche zu gießen, wobei die innere Lauffläche als Kern verwendet wird. D. h., gemäß einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks wird zunächst ein Harzeinsatz durch Spritzgießen direkt auf der konvexen Oberfläche einer inneren Lauffläche ausgebildet, wobei die innere Lauffläche als Kern verwendet wird, und diese mit einem Harzeinsatz beschichtete innere Lauffläche wird anschließend als Kern in einer Metallform angeordnet, um eine äußere Lauffläche zu gießen, wie vorstehend beschrieben wurde. Gemäß diesem Verfahren kommt der Harzeinsatz in einer Phase in engen Kontakt mit der konvexen Oberfläche der inneren Lauffläche, in der seine Formgebung abgeschlossen ist, so daß ein Zwischenraum zwischen dem Harzeinsatz und der inneren Lauffläche schneller eliminiert werden kann.
Wenn die vorstehend erwähnte innere Lauffläche mit einer hohen Geschwindigkeit wiederholt Schwenkbewegungen bezüglich der äußeren Lauffläche ausführt, wird die Temperatur des Harzeinsatzes aufgrund der Reibung zwischen dem Harzeinsatz und der inneren Lauffläche hoch. Daher sollte ein solcher Harzeinsatz vorzugsweise unter Verwendung eines thermisch aushärtenden Harzes ausgebildet werden, um zu verhindern, daß der Harzeinsatz erweicht, wenn die Temperatur hoch ist.
Wenn ein Harzeinsatz jedoch unter Verwendung eines thermisch aushärtenden Harzes spritzgegossen wird, muß der gerade spritzgegossene Harzeinsatz für eine vorgegebene Zeitdauer bei einer Temperatur gehalten werden, die einen vorgegebenen Temperaturwert nicht unterschreiten darf, um die Umwandlung des thermisch aushärtenden Harzes in eine dreidimensionale makromolekulare Verbindung zu unterstützen. Beispielsweise müssen, um einen Harzeinsatz aus Phenolharz mit einer Dicke von etwa 0,8 mm spritzzugießen, eine innere Lauffläche und der Harzeinsatz, auch nachdem der Spritzgießvorgang abgeschlossen ist, für etwa 10 bis 20 Sekunden in einer Metallform gehalten werden, in der eine Temperatur von 170 bis 200°C vorherrscht. Andernfalls ist es nicht möglich, das Phenolharz, das in einen Harzeinsatz umgeformt wurde, vollständig zu polymerisieren und auszuhärten. Wenn ein thermisch aushärtendes Harz als Material für einen Harzeinsatz verwendet wird, muß aufgrund einer Polymerisationsreaktion eine der Haltezeit entsprechende übermäßige Fertigungszeit bereitgestellt werden, wodurch die Erhöhung der Produktivität und die Senkung der Produktionskosten wesentlich behindert werden.
Solche Probleme treten nicht nur spezifisch bei einem Kugelgelenk auf, sondern bei allen Gleitlagertypen, bei denen ein Harzeinsatz verwendet wird, um die gesamte oder einen Teil der Gleitführungsfläche zu bilden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers bereitzustellen, bei dem eine Gleitführungsfläche unter Verwendung eines Harzeinsatzes gebildet wird, der mit hoher Effizienz ohne Zeitverlust hergestellt werden kann, auch wenn der Harzeinsatz durch Spritzgießen eines thermisch aushärtenden Harzes hergestellt wird, so daß auch die Produktionkosten gesenkt werden können.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers mit einem ersten Element, das eine Gleitführungsfläche aufweist, einem zweiten Element, das eine mit der Gleitführungsfläche des ersten Elements in Gleitkontakt stehende Gleitführungsfläche aufweist und bezüglich des ersten Elements beweglich ist, und einem Harzeinsatz bereitgestellt, der mindestens auf einem Teil der Gleitführungsfläche des zweiten Elements ausgebildet ist und mit der Gleitführungsfläche des ersten Elements in Gleitkontakt steht, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Schritt zum Ausbilden einer Gleitführungsfläche auf dem ersten Element, einen zweiten Schritt zum Fixieren eines thermisch aushärtenden Harzes, das dafür vorgesehn ist, den Harzeinsatz zu bilden, durch Spritzgießen unter Verwendung einer Metallform, in die das erste Element als Kern eingesetzt wird, auf dem gesamten Bereich oder auf einem Teil der Gleitführungsfläche des ersten Elements und Bedecken der Gleitführungsfläche des ersten Elements mit dem gleichen Harz durch einen Gießvorgang unter Verwendung einer Metallform, einen dritten Schritt zum thermischen Aushärten des Harzeinsatzes durch Wärme, die auf die Gleitführungsfläche des ersten Elements einwirkt, wenn das zweite Element gegossen wird, und einen vierten Schritt zum Ausbilden eines sehr kleinen Zwischenraums zwischen den Gleitführungsflächen des ersten Elements und des zweiten Elements durch Ausüben einer äußeren Kraft auf das erste Element oder das zweite Element, um eine relative Bewegung des zweiten Elements bezüglich des ersten Elements zu veranlassen.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird das thermisch aushärtende Harz, das dafür vorgesehen ist, den Harzeinsatz zu bilden, unmittelbar nach Abschluß des Spritzgießvorgangs für den Harzeinsatz keinem unabängigen thermischen Aushärtungsprozeß, sondern einem thermischen Aushärtungsprozeß unterzogen, indem die während des Gießens des zweiten Elements in einer Metallform erzeugte Gießwärme ausgenutzt wird. Daher finden der Gießvorgang für den Harzeinsatzes in der Metallform und der thermische Aushärtungsprozeß für den Harzeinsatz gleichzeitig bzw. in der gleichen Zeitspanne statt. Dadurch kann die Fertigungszeit im Vergleich zu einem Verfahren, in dem die Zeit für die thermische Aushärtung des Harzeinsatzes zwischen dem Schritt zum Spritzgießen des Harzeinsatzes und dem Schritt zum Gießen des zweiten Elements in der Metallform bereitgestellt wird, verkürzt werden.
1 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Verfahren auf ein Kugelgelenk angewendet wird;
2 zeigt eine Seitenansicht zum Darstellen des gemäß der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Kugelgelenks;
3 zeigt eine Vorderansicht zum Darstellen des Zustands eines an einem Kugelabschnitt fixierten Harzeinsatzes in der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kugelgelenks;
4 zeigt eine Draufsicht zum Darstellen des Zustands des am Kugelabschnitt fixierten Harzeinsatzes in der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kugelgelenks;
5 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen des Zustands zum Gießen eines Halters, wobei der Kugelabschnitt als Kern verwendet wird, in der ersten Ausfüghrungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kugelgelenks;
6 eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Gießhalters in der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kugelgelenks;
7 eine Querschnittansicht zum Darstellen des Zustands zum Anschweißen eines Schafts an den im Halter gehaltenen Kugelabschnitt in der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kugelgelenks;
8 eine Querschnittansicht zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Gewindetriebvorrichtung;
9 eine Vorderansicht zum Darstellen der gemäß der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gewindetriebvorrichtung;
10 eine Vorderansicht zum Darstellen des Zustands eines an einer Gewindewelle fixierten Harzeinsatzes in einer gemäß der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gewindetriebvorrichtung; und
11 eine Querschnittansicht des Zustands zum Gießen einer Führungs- oder Gleitmutter, wobei die Gewindewelle als Kern verwendet wird, in der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Gewindetriebvorrichtung gemäß.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Gleitlagern unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Die 1 und 2 zeigen ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Kugelgelenk. Dieses Kugelgelenk weist als ein erstes Element einen Kugelschaft 1 mit einem Kugelabschnitt an einem Endabschnitt davon und als ein zweites Element einen Halter 2 mit einem Kugelaufnahmeabschnitt 20 zum Halten des Kugelabschnitts 10 des Kugelschafts 1 auf. Eine konvexe Oberfläche des Kugelabschnitts und eine konkave Oberfläche des Kugelaufnahmeabschnitts stehen miteinander in Gleitkontakt, und der Kugelschaft 1 und der Halter 12 sind dadurch schwenk- oder drehbar miteinander verbunden.
Der Kugelschaft 1 wird durch Anschweißen eines stangenförmigen Schafts 11 an eine Stahlkugel mit einer hohe Sphärizität gebildet, die dafür vorgesehen ist, den Kugelabschnitt 10 zu bilden, und ein hexagonaler Sitz 12, an dem eine Halterung, z. B. ein Verbindungsstück oder ein ähnlichen Element, fixiert werden kann, ist an einem End- oder Fußabschnitt des Schafts 11 ausgebildet. Ein Außengewinde 13 ist auf einem freien Endabschnitt des Schafts 11 ausgebildet, und die Halterung kann zwischen einer Mutter und dem hexagonalen Sitz 12 fest gehalten werden, indem die Mutter mit diesem Außengewinde 13 in Eingriff gebracht wird.
Der Halter 2 weist den Kugelaufnahmeabschnitt 20 zum Halten des Kugelabschnitts 10 des Kugelschafts 1 und einen Fixier- oder Befestigungsabschnitt 21 zum Verbinden eines solchen Kugelaufnahmeabschnitts 20 mit einem Verbindungsstück auf, wobei der Kugelaufnahmeabschnitt 20 und der Befestigungs- oder Fixierabschnitt 21 durch Druckgießen einer Aluminiumlegierung oder einer Zinklegierung einstückig gegossen werden. Der Kugelaufnahmeabschnitt 20 bedeckt im wesentlichen 2/3 der Oberfläche des Kugelabschnitts 10 des Kugelschafts 1, so daß der Kugelabschnitt 10 sich nicht löst, und eine mit der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 im wesentlichen übereinstimmende konkave Gleitkontaktfläche 22 ist auf der Innenseite des Kugelaufnahmeabschnitts 20 ausgebildet. Aufgrund dieser Anordnung kann der Kugelschaft 1 bezüglich des Halters 2 eine freie Schwenk- oder Drehbewgung um den Kugelabschnitt 10 als dessen Mitte ausführen. Der Halter 2 weist in einem dem Schaft 11 gegenüberliegenden Abschnitt einen Ölvorratsbehälter 23 auf, und der Ölvorratsbehälter 23 ist durch ein Abdeckelement 24 verschlossen. Der Befestigungs- oder Fixierabschnitt 21 weist ein Innengewinde 25 auf, so daß beispielsweise ein auf einem freien Endabschnitt einer Stange oder eines ähnlichen Elements, das ein Verbindungsstück bildet, ausgebildetes Außengewinde damit in Eingriff gebracht werden kann.
Zwischen einem Außenumfangsrand des Halters 2 und dem Schaft 11 des Kugelschafts 1 ist eine Manschettendichtung 3 angeordnet, die verhindert, daß Staub und Schmutz in einen Zwischenraum zwischen dem Kugelabschnitt 10 des Kugelschafts 1 und dem Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters eindringen, und die Dichtung bildet eine Dichtungstasche 30 zum Aufnehmen eines Schmiermittels, z. B. von Fett oder einem ähnlichen Material. Ein auf der Seite des Kugelschafts 1 angeordneter Endabschnitt 31 der Manschettendichtung 3 haftet aufgrund der Elastizität der Dichtung am Schaft 11 an, während ein auf der Seite des Halters 2 angeordneter Endabschnitt 32 der Manschettendichtung durch einen Klemmring auf einem Außenumfangsrand des Halters 2 gehalten wird, so daß die Manschettendichtung sich auch während einer Schwenk- oder Drehbewegung des Kugelschafts 1 nicht last.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters 2 durch Gießen einer Aluminiumlegierung oder einer Zinklegierung geformt, und die mit dem Kugelabschnitt 10 des Kugelschafts 1 in Kontakt stehende Gleitkontaktfläche 22 wird ebenfalls aus einer solchen Legierung hergestellt. Zwischen der Gleitkontaktfläche 22 des Kugelaufnahmeabschnitts und der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 ist ein sehr kleiner Zwischenraum (mit einer Breite von z. B. nicht mehr als 0,1 mm) ausgebildet, und ein Schmiermittel fließt von den auf beiden Seiten des Kugelaufnahmeabschnitts 20 bereitgestellten Dichtungstaschen in diesen Zwischenraum, um einen Ölfilm zwischen der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 und der Gleitkontaktfläche 22 des Kugelaufnahmeabschnitts 20 bereitzustellen. Dadurch wird ermöglicht, daß in diesem Kugelgelenk der aus einer Stahlkugel hergestellte Kugelabschnitt 10 und der ebenfalls aus einem Metall hergestellte Kugelaufnahmeabschnitt 20 in einem ölfilmgeschmierten Zustand miteinander in Gleitkontakt stehen und der Kugelschaft 1 eine leichtgängige und glatte Bewegung bezüglich des Halters 2 ausführt.
Obwohl die Gleitkontaktfläche 22 des Kugelaufnahmeabschnitts 20 und die Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 im wesentlichen gleichmäßig miteinander in Kontakt stehen, ist es denkbar, daß bei einer spezifischen Anwendung des Kugelgelenks eine hohe Belastung auf einen lokalen Abschnitt der Gleitkontaktfläche 22 ausgeübt wird. Ein ringförmiger Harzeinsatz 5 wird auf einem Teil einer solchen Gleitkontaktfläche 22 bereitgestellt, wenn vermutet werden kann, daß an dieser Gleitkontaktfläche 22 und am Kugelabschnitt 10 hohe Kontaktflächendrücke erzeugt werden, die veranlassen, daß der Ölfilm unterbrochen wird. Weil verhindert werden muß, daß der Harzeinsatz aufgrund der zwischen dem Kugelabschnitt und dem Kugelaufnahmeabschnitt erzeugten Reibungswärme erweicht, wird der Harzeinsatz 5 beispielsweise aus einem thermisch aushärtenden Harz hergestellt, z. B. aus einem Phenolharz oder einem ähnlichen Harz, und auf einem lokalen Abschnitt der Gleitkontaktfläche 22 bereitgestellt, von dem angenommen wird, daß dort leicht eine Unterbrechung des Ölfilms auftreten kann. Dadurch kann, auch wenn z. B. der Ölfilm zwischen dem Kugelabschnitt 10 und der Gleitkontaktfläche 22 in einem Abschnitt, in dem eine hohe lokale Belastung auftritt, zufällig unterbrochen wird, ein direkter Kontakt zwischen der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 und der Gleitkontaktfläche 22 des Kugelaufnahmeabschnitts 20, durch den diese Oberflächen beschädigt werden können, verhindert werden, und ein Worst-case-Fall, in dem der Kugelabschnitt 10 und der Kugelaufnahmeabschnitt 20 sich festfressen, kann ebenfalls vermieden werden.
Damit der Harzeinsatz 5 zum Zeitpunkt des Auftretens einer solchen Unterbrechung des Ölfilms seine Funktion erfüllt, ist es bevorzugt, daß das Material, aus dem ein solcher Harzeinsatz 5 geformt wird, eine hohe Abriebfestigkeit aufweist und selbstschmierend ist, so daß eine Bewegung des Kugelschafts 1 auch dann nicht verhindert wird, wenn zwischen dem Harzeinsatz und dem Kugelabschnitt 10 ein Festkörperkontakt auftritt. Die Position, an der der Harzeinsatz 5 bezüglich des Kugelaufnahmeabschnitts 20 versenkt angeordnet ist, ist nicht auf die in dieser Ausführungsform vorgesehene Position beschränkt. Der Harzeinsatz kann entsprechend der Verteilung des Kontaktflächendrucks zwischen dem Kugelabschnitt 10 und der Gleitkontaktfläche 22 an einer optimalen Position angeordnet sein.
Nachstehend wird ein konkretes Verfahren zum Herstellen dieses Kugelgelenks beschrieben.
Der Halter 2 des Kugelgelenks wird in dieser Ausführungsform durch Druckgießen hergestellt, wobei der Kugelabschnitt 10 des Kugelschafts als Kern in eine Metallform ein gesetzt wird. Daher muß, um den Harzeinsatz 5 im Kugelaufnahmeabschnitt 20 versenkt anzuordnen, der Harzeinsatz 5 zunächst auf einer Stahlkugel fixiert werden, aus der der Kugelabschnitt 10 gebildet werden soll. Die 3 und 4 zeigen eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht zum Darstellen den Zustands, in dem der Harzeinsatz 5 an einer Stahlkugel fixiert ist. Dieser Harzeinsatz 5 wird in der Form eines Rings mit einem Innendurchmesser ausgebildet, der einem Außendurchmesser des Kugelabschnitts 10 angepaßt ist, und derart am Kugelabschnitt 10 fixiert, daß ein Abschnitt davon bedeckt ist, der einen maximalem Durchmesser aufweist. Der Harzeinsatz 5 weist an einer Außenumfangsfläche davon Vorsprünge 50 auf, die als Drehbewegungssperren dienen und verhindern, daß der Harzeinsatz 5 sich bezüglich des Kugelaufnahmeabschnitts 20 dreht, wenn der Harzeinsatz 5 anschließend während des Druckgießvorgangs im Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters 2 versenkt angeordnet wird. Der Harzeinsatz 5 wird in einer Dicke von etwa 0,8 mm ausgebildet, wobei diese Dicke größer ist als die Breite des Zwischenraums (die nicht größer ist als 0,1 mm) zwischen dem Kugelaufnahmeabschnitt 20 und dem Kugelabschnitt 10.
Ein solcher Harzeinsatz 5 wird durch Spritzgießen eines Kunstharzes hergestellt, wobei der Kugelabschnitt 10 als Kern in einer Metallform angeordnet ist. D. h., der Spritzgießvorgang unter Verwendung des Kunstharzes wird ausgeführt, während eine Stahlkugel, aus der der Kugelabschnitt 10 hergestellt werden soll, in einer Metallform eingesetzt ist, so daß der Formungsvorgang für den Harzeinsatz 5 und seine Fixierung auf dem Kugelabschnitt 10 in einem Schritt erfolgen. Wenn der Formungsprozeß für den Harzeinsatz 5 auf diese Weise ausgeführt wird, wird ein separater Arbeitsschritt zum Fixieren des Harzeinsatzes am Kugelabschnitt 10 eliminiert, und eine Innenumfangsfläche des Harzeinsatzes 5 wird im wesentlichen übereinstimmend mit der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 ausgebildet. Außerdem kann ein solcher Harzeinsatz 5 auf dem Kugelabschnitt 10 dicht und zuverlässig fixiert werden, während vermieden wird, daß der Kugelabschnitts 10 durch den Harzeinsatz 5 angepreßt wird.
Die Temperatur der Metallform beträgt während dieses Spritzgießvorgangs 170 bis 200°C, und die Temperatur des verwendeten Phenolharzes beträgt etwa 100°C. Ein geschmolzenes Harz wird in einen Hohlraum in der Metallform eingespritzt und anschließend in einem derartigen Maß ausgehärtet, daß das geschmolzene Harz seine Form beibehält, woraufhin die Metallform unmittelbar geöffnet wird, um die Stahlkugel mit dem darauf fixierten Harzeinsatz zu entnehmen. Um das in einer Dicke von etwa 0,8 mm gegossene Phenolharz in eine makromolekulare Verbindung umzuwandeln, die selbst durch Erwärmung nicht weich wird, muß das Harz, auch nachdem der Spritzgießvorgang abgeschlossen ist, für etwa 10 bis 20 Sekunden bei der vorstehend erwähnten Temperatur in der Metallform gehalten werden. Wenn der Harzeinsatz unmittelbar nach Abschluß des Spritzgießvorgangs aus der Metallform entnommen würde, würde die Harzauflage nicht die für ein thermisch aushärtendes Harz spezifischen Eigenschaften aufweisen.
Dann wird der Halter druckgegossen. Zum Druckgießen des Halters wird der Kugelabschnitt 10, an dem in einem vorangehenden Schritt ein Harzeinsatz fixiert wurde, als Kern in ein Paar vertikal geteilte Gußformhälften 6, 7 eingesetzt, wie in 5 dargestellt. In diesem Zustand wird ein aus einer Aluminiumlegierung oder einer Zinklegierung hergestelltes geschmolzenes Metall in den Hohlraum 8 der Metallformhälften eingepreßt. Während dieser Zeit wird der eingesetzte Kugelabschnitt 10 zwischen in den Metallformhälften 6, 7 ausgebildeten Stützen 60, 70 gehalten, so daß eine Verschiebung des Kugelabschnitts in den Metallformhälften verhindert wird. Der Harzeinsatz 5 ist in einem fixierten Zustand bezüglich des Kugelabschnitts 10 im Hohlraum 8 angeordnet und wird mit dem in den Hohlraum 8 eingefüllten Legierungsmaterial bedeckt, wobei die Innenumfangsfläche des Harzeinsatzes, die dazu vorgesehen ist, mit dem Kugelabschnitt 10 in Kontakt zu kommen, nicht mit dem Legierungsmaterial bedeckt wird.
Dadurch wird der Halter 2 mit dem Kugelabschnitt 10, der mit dem vorstehend erwähnte Legierungsmaterial umschlossen ist, wie in 6 dargestellt gegossen. Der Kugelabschnitt ist bezüglich des Kugelaufnahmeabschnitts 20 des Halters 2 nur an Abschnitten davon freiliegend und sichtbar, die den Stützen 60, 70 der Metallformhälften 6, 7 gegenüberliegen. Der am Kugelabschnitt 10 fixierte Harzeinsatz 5 ist bezüglich des gegossenen Kugelaufnahmeabschnitts 20 versenkt angeordnet und im Kugelaufnahmeabschnitt 20 stabil fixiert. Wenn eine Zinklegierung als Material für den Halter 2 verwendet wird, ist die Gießtemperatur nicht niedriger als 400°C, und wenn eine Aluminiumlegierung verwendet wird, ist die Gießtemperatur nicht niedriger als 600°C. Daher wird der Harzeinsatz auf eine Temperatur in der Nähe dieser Gießtemperaturen erwärmt, obgleich die Erwärmungszeit sehr kurz ist, und der Harzeinsatz wird notwendigerweise für etwa 10 Sekunden bei einer Temperatur von etwa 200°C gehalten, die niedriger ist als die Gießtemperaturen.
Dadurch ändert sich die chemische Struktur des Harzeinsatzes folgendermaßen. D. h., nach dem Spritzgießvorgang wurde eine dreidimensionale Vernetzungsreaktion nicht unterstützt, so daß das Harz nicht die für ein thermisch aushärtendes Harz spezifischen Eigenschaften aufweist. Weil der Halter jedoch druckgegossen wird, wird durch die während dieses Gießvorgangs erzeugte Wärme eine dreidimensionale Vernetzungsreaktion unterstützt, so daß der Harzeinsatz nach Abschluß des Druckgießvorgangs die für ein thermisch aushärtendes Harz spezifischen Eigenschaften aufweist.
Der Schaft 11 wird dann an dem im Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters 2 gehaltenen Kugelabschnitt 10 angeschweißt. Um diese Teile zu verschweißen, wird ein Buckel- oder Warzenschweißverfahren verwendet. Wie in 7 dargestellt, wird eine Endfläche des Schafts 11 mit einer vorgegebenen Kraft mit der Kugeloberfläche des im Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters freiliegenden und sichtbaren Kugelabschnitts in Druckkontakt gebracht, und Elektroden werden mit dem Halter 2 und dem Schaft 11 in Kontakt gebracht. Der Schweißvorgang wird ausgeführt, während zwischen diesen Elektroden einvorgegebener Schweißstrom bereitgestellt wird. Der Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters 2 steht mit dem Kugelabschnitt 10 im vorangehenden Schritt in engem Kontakt. Dadurch ist, auch wenn der Schweißstrom dem Kugelabschnitt 10 über den Halter 2 indirekt zugeführt wird, der elektrische Widerstand in einem Grenzabschnitt zwischen dem Kugelaufnahmeabschnitt 20 und dem Kugelabschnitt 10 sehr niedrig, so daß der Schaft 11 am Kugelabschnitt 10 angeschweißt werden kann, ohne daß der Kugelaufnahmeabschnitt 20 und der Kugelabschnitt 10 miteinander verschmelzen. Weil der Harzeinsatz 5 nur einen Teil der Kugeloberfläche des Kugelabschnitts 10 bedeckt, verhindert der Harzeinsatz nicht die Zufuhr des Schweißstroms vom Kugelaufnahmeabschnitt 20 zum Kugelabschnitt 10. Wenn der Buckel- oder Warzenschweißvorgang abgeschlossen ist, ist der Kugelschaft 1 fertiggestellt, wobei der Kugelabschnitt 10 im Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters 2 gehalten wird.
Daraufhin wird eine äußere Kraft auf den Halter 2 oder den Kugelschaft 1 ausgeübt, wodurch ein sehr kleiner Zwischenraum zwischen dem Kugelaufnahmeabschnitt 20 und dem Kugelabschnitt 10 gebildet wird, die weiterhin in engem Kontakt miteinander gehalten werden. Geeignete Verfahren zum Ausüben einer solchen äußeren Kraft auf den Halter oder den Kugelschaft sind z. B. leichtes Klopfen gegen den Außenumfang des Kugelaufnahmeabschnitts 20, leichtes Klopfen gegen den Kugelschaft 1 in dessen axialer Richtung und leichtes Schlagen gegen den Kugelabschnitt 10. Durch solche Verfahren kommt der Kugelabschnitt 10 des Kugelschafts 1 in freien Gleitkontakt mit dem Kugelaufnahmeabschnitt 20 des Halters, und der Kugelschaft 1 und der Halter 2 werden in einen Schwenk- oder Drehverbindungszustand gebracht.
Schließlich wird die Manschettendichtung 3 zwischen dem Schaft 10 und dem Außenumfangsrand des Halters 2 bereitgestellt, und die durch diese Manschettendichtung gebildete Dichtungstasche 30 wird mit einem Schmiermittel gefüllt, z. B. mit Fett, um das Kugelgelenk gemäß dieser Ausführungsform fertigzustellen.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren muß keine Metallformhaltezeit bereitgestellt werden, um dem Harzeinsatz die für ein thermisch aushärtendes Harz spezifischen Eigenschaften zu verleihen, d. h. es muß keine Zeit bereitgestellt werden, um den Harzeinsatz, nachdem er spritzgegossen wurde, thermisch auszuhärten. Die Stahlkugel, auf der der Harzeinsatz fixiert ist, kann sofort aus der Metallform entnommen werden, nachdem der Spritzgießvorgang abgeschlossen ist. Weil die Zeitspanne zum thermischen Aushärten des Harzeinsatzes mit derjenigen zum Gießen des Halters übereinstimmt, muß keine zusätzliche Zeit zum thermischen Aushärten des Harzeinsatzes bereitgestellt werden. Dadurch wird die Fertigungszeit um eine der Metallformhaltezeit entsprechende Zeitdauer verkürzt, die nach dem Abschluß des Spritzgießvorgangs nun nicht mehr erforderlich ist, so daß die Produktivität erhöht werden kann. Weil infolgedessen auch die Anzahl von Produkten pro Zeiteinheit erhöht werden kann, werden außerdem die Produktionskosten gesenkt.
Zweite Ausführungsform
Die 8 und 9 zeigen eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Gewindetriebvorrichtung. Diese Gewindetriebvorrichtung wird aus einer Gewindewelle (erstes Element) 80 mit einem spiralförmigen Außengewinde 81 als Gleitführungsfläche auf einer Außenumfangsfläche davon und einer Führungs- oder Gleitmutter (zweites Element) 82 mit einem auf ihrer Innenumfangsfläche ausgebildeten Innengewinde gebildet, das mit dem Außengewinde 81 der Gewindewelle 80 in Eingriff steht. Weil das Außengewinde 81 und das Innengewinde 82 miteinander in Gleitkontakt stehen, wird die Gleitmutter 82 spiralförmig um die Gewindewelle 80 bewegt, und die Drehbewegung der Gewindewelle 80 wird in eine lineare Bewegung der Gleitmutter 82 umgewandelt.
Das Außengewinde 81 der Gewindewelle 80 wird beispielsweise als 30°-Trapezgewinde in einer Außenumfangsfläche der Gewindewelle 80 unter einem vorgegebenen Anschnittwinkel durch Walzen, spanabhebende Verarbeitung oder Schleifen ausgebildet. Ein Servomotor ist über eine (nicht dargestellte) Klemme mit einem Ende der Gewindewelle 80 verbunden. Wenn die Gewindewelle 80 um einen vorgegebenen Drehweg bewegt wird, bewegt sich die Gleitmutter 82 entsprechend dem Drehweg der Gewindewelle 80 in axialer Richtung.
Die Gleitmutter 82 weist ein Durchgangsloch auf, durch das die Gewindewelle 80 sich erstreckt, und ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Die Gleitmutter weist außerdem einen Flansch 83 auf, an dem ein beweglicher Körper (nicht dargestellt), der linear geführt werden soll, fixiert ist, wobei der Flansch auf einer Außenumfangsfläche der Gleitmutter derart ausgebildet ist, daß er davon hervorsteht. Der Flansch weist Bolzenaufnahmeöffnungen 84 auf, durch die Befestigungsbolzen eingeführt werden. Ein zylinderförmiger Harzeinsatz 85 ist in einer Innenumfangsfläche der Gleitmutter 82 versenkt angeordnet, und der Harzeinsatz 85 weist in seiner Innenumfangsfläche ein Innengewinde auf, das mit dem Außengewinde 81 der Gewindewelle 80 in Gleitkontakt steht. Um eine glatte Bewegung der Gleitmutter 82 bezüglich der Gewindewelle 80 zu erhalten und zu verhindern, daß der Harzeinsatz 85 aufgrund der Reibungswärme erweicht, wird für den Harzeinsatz ein thermisch aushärtendes Harz mit niedrigem Reibungskoeffizienten verwendet. Hinsichtlich der verminderten Schmierung zwischen der Gewindewelle 80 und der Gleitmutter 82 wird vorzugsweise ein selbstschmierendes Harz verwendet.
Die derart konstruierte Gewindetriebvorrichtung wird folgendermaßen hergestellt.
Zunächst wird durch einen Walzvorgang bezüglich der Außenumfangsfläche der Gewindewelle 80 ein Außengewinde ausgebildet. Gemäß dem Walzprozeß wird die Oberfläche des Außengewindes 81 kaltgehärtet, so daß eine Gewindewelle 80 mit einer hohen Abriebfestigkeit erhalten werden kann.
Anschließend wird der zylinderförmige Harzeinsatz 85 auf der Außenumfangsfläche der Gewindewelle 80 spritzgegossen, wobei die Gewindewelle 80, auf der das Außengewinde 81 ausgebildet ist, als Kern verwendet wird. 10 zeigt den Zustand des derart spritzgegossenen und um die Außenumfangsfläche der Gewindewelle 80 angepaßten zylinderförmigen Harzeinsatzes 85. Wenn der Harzeinsatz 85 auf diese Weise gegossen wird, wird ein mit dem Außengewinde 81 der Gewindewelle 80 eng in Eingriff stehendes Innengewinde in der Innenumfangsfläche des Harzeinsatzes 85 ausgebildet, so daß der Zwischenraum zwischen dem Harzeinsatz 85 und der Gewindewelle 85 vollständig eliminiert werden kann.
Wenn für den Harzeinsatz Phenolharz verwendet wird, beträgt die Temperatur der Metallform während des Spritzgießvorgangs 170 bis 200°C, und die Temperatur des Harzes beträgt während dieses Vorgangs etwa 100°C. Wenn das geschmolzene Harz, nachdem das geschmolzene Harz in den Hohlraum im Inneren der Metallform eingespritzt wurde, derart ausgehärtet ist, daß das geschmolzene Harz seine Form beibehält, werden die Metallfarmhälften unmittelbar geöffnet, und die Gewindewelle 80, um die herum der Harzeinsatz 85 angepaßt ist, wird aus der Metallform entnommen. In diesem Fall wird keine ausreichende Haltezeit bereitgestellt, um den Harzeinsatz 85 thermisch auszuhärten, so daß der Harzeinsatz in diesem Zustand noch nicht die für ein thermisch aushärtendes Harz spezifischen Eigenschaften aufweist.
Dann wird die Gleitmutter 82 druckgegossen. Um diesen Druckgießvorgang auszuführen, wird die Gewindewelle 80, um die herum der Harzeinsatz 85 in einem vorangehenden Schritt angepaßt wurde, als Kern in eine Metallgußform 90 eingesetzt, wie in 11 dargestellt, und eine geschmolzene Aluminiumlegierung oder eine geschmolzene Zinklegierung wird eingepreßt, wobei der Kern unverändert in einem Hohlraum 91 der Metallform belassen wird. Während dieser Zeit ist der um die Gewindewelle 80 herum ausgebildete Harzeinsatz 85 im Hohlraum 91 angeordnet und wird notwendigerweise mit dem in den Hohlraum 91 eingespritzten Legierungsmaterial bedeckt, wobei der mit der Gewindewelle 80 in Kontakt stehende Abschnitt der Innenumfangsfläche des Harzeinsatzes jedoch nicht mit dem Legierungsmaterial bedeckt wird.
Dadurch wird die im wesentlichen zylinderförmige Gleitmutter 82 gegossen, durch die die Gewindewelle 80 sich erstreckt. Der Harzeinsatz 85 ist bezüglich der Innenumfangsfläche der Gleitmutter 82 versenkt angeordnet, und der Harzeinsatz 85 ist an der Innenumfangsfläche der Gleitmutter 82 stabil fixiert. Während des Druckgießvorgangs ist, wie vorstehend erwähnt, die Temperatur des in den Hohlraum der Metallform 90 eingepreßten geschmolzenen Legierungsmaterials hoch. Daher wird auch die Temperatur des Harzeinsatzes, sowohl während des Gießvorgangs als auch für einige Zeit nach Abschluß des Gießvorgangs notwendigerweise bei etwa 200°C gehalten, so daß das thermische Aushärten des Harzeinsatzes fortschreitet.
Schließlich wird auf die Gleitmutter 82 oder die Gewindewelle 80 eine leichte äußere Kraft ausgeübt, um einen sehr kleinen Zwischenraum zwischen dem Außengewinde 81 der Gewindewelle 80 und dem Innengewinde des Harzeinsatzes 85 auszubilden, die weiterhin in engem Kontakt miteinander gehalten werden. Dadurch können das Außengewinde 81 und das Innengewinde frei miteinander in Gleitkontakt kommen, und die Gleitmutter 82 kann sich frei um die Gewindewelle 80 drehen.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer solchen Gewindetriebvorrichtung ist es, wie im vorstehend erwähnten Beispiel des Kugelgelenks, ebenfalls nicht erforderlich, die Metallformhaltezeit zum thermischen Aushärten des Harzeinsatzes 85, nachdem er spritzgegossen wurde, bereitzustellen, um dem Harzeinsatz die für ein thermisch aushärtendes Harz spezifischen Eigenschaften zu verleihen. Daher kann die Gewindewelle 80, um die herum der Harzeinsatz 85 fest angepaßt ist, unmittelbar aus der Metallform entnommen werden, nachdem der Spritzgießvorgang abgeschlossen ist. Weil die Zeit zum thermischen Aushärten des Harzeinsatzes 85 mit der Zeit zum Gießen der Gleitmutter 82 übereinstimmt, muß keine zusätzliche Zeit zum thermischen Aushärten des Harzeinsatzes 85 bereitgestellt werden. Dadurch wird die Fertigungszeit der Vorrichtung um die ansonsten nach Abschluß des Spritzgießvorgangs erforderliche Metallformhaltezeit verkürzt. Außerdem kann die Produktivität erhöht werden, und die Produktionskosten können gesenkt werden.
In den vorstehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen von Kugelgelenken und Gewindetriebvorrichtungen werden erfindungsgemäß ein Halter als ein zweites Element und eine Gleitmutter durch Druckgießen geformt. Außerdem können, neben Druckgießen, als Formungs- oder Gießverfahren z. B. pulvermetallurgisches Spritzgießen (Metal Injection Molding) (MIM) und ähnliche Formgebungs- und Gießverfahren verwendet werden, so lange gewährleistet ist, daß in dem Verfahren ein Harzeinsatz in einem Formgebungsschritt für ein zweites Element einer bestimmten hohen Temperatur ausgesetzt ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Gleitlagern erfolgt das thermische Aushärten des Harzeinsatzes, der die Gleitführungsfläche bildet, gleichzeitig mit dem Metallgießvorgang für das zweite Element, d. h., der Metallgießvorgang für das zweite Element und das thermische Aushärten des Harzeinsatzes werden gleichzeitig in der gleichen Zeitspanne ausgeführt. Dadurch kann, auch wenn ein solcher Harzeinsatz durch Spritzgießen eines thermisch aushärtenden Harzes hergestellt wird, die Fertigungszeit reduziert werden, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Gleitlagern mit: einem ersten Element (1; 80), das eine Gleitführungsfläche (10; 81) aufweist; einem zweiten Element (2; 82), das eine mit der Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) in Gleitkontakt stehende Gleitführungsfläche (20) aufweist und bezüglich des ersten Elements (1; 80) frei beweglich ist; und einem Harzeinsatz (5; 85), der mindestens auf einem Teil der Gleitführungsfläche (20) des zweiten Elements (2; 82) ausgebildet ist und mit der Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) in Gleitkontakt steht; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist: einen ersten Schritt zum Ausbilden der Gleitführungsfläche (10; 81) auf dem ersten Element (1; 80); einen zweiten Schritt zum Fixieren eines thermisch aushärtenden Harzes zur Bildung des Harzeinsatzes (5; 85) auf der gesamten oder auf einem Teil der Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80), durch einen Spritzgießvorgang, in dem das erste Element (1; 80) als Kern in eine Metallform eingesetzt ist; und einen dritten Schritt zum Gießen des zweiten Elements (2; 82), das die Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) bedeckt, durch einen Metallgießvorgang, bei dem das erste Element (1; 80) mit dem darauf fixierten Harzeinsatz (5; 85) als Kern stabil in einer Metallform (6, 7; 90) angeordnet ist, und zum gleichzeitigen thermischen Aushärten des Harzeinsatzes (5; 85) durch die Wärme, die während des Gießvorgangs für das zweite Element (2; 82) auf die Gleitführungsfläche (10; 81) des ersten Elements (1; 80) einwirkt; und einen vierten Schritt zum Ausbilden eines Zwischenraums zwischen den Gleitführungsflächen (10, 20; 81) des ersten Elements (1; 80) und des zweiten Elements (2; 82) durch Ausüben einer äußeren Kraft auf das erste Element (1; 80) oder das zweite Element (2; 82), um eine relative Bewegung des zweiten Elements (2; 82) bezüglich des ersten Elements (1; 80) zu veranlassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein Kugelschaft (1) mit einer konvexen Gleitführungsfläche (10) und das zweite Element ein Halter (2) mit einer konkaven Gleitführungsfläche (22) ist, wobei das erste Element (1) und das zweite Element (2) dreh- oder schwenkbar miteinander verbunden sind.