DE1234378B - Verfahren zur Herstellung von gegeneinander bewegbaren Maschinenbauteilen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^ÜJföW PATENTAMT Int. Cl.:

B29d

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 39 a3 - 31/02

Nummer: 1 234 378

Aktenzeichen: W 21129 X/ 39 a3

Anmeldetag: 7. Mai 1957

Auslegetag: 16. Februar 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegeneinander bewegbaren Maschinenbauteilen, z. B. Kolben oder Kugelgelenkbauteilen, bei denen zwischen den gegeneinandergleitenden Flächen Schichten aus Kunststoff geringer Reibung liegen.

Es sind Kolben mit einer Gleitschutzschicht bekannt, die aus einem Kunstharz oder einem ähnlichen geeigneten, gute Gleiteigenschaften besitzenden Bindemittel, das mit dem Pulver des Metalls vermischt ist, aus dem der Kolben hergestellt ist, besteht. Auch sind Kolbenüberzüge aus Polyamiden bzw. anderen Kunststoffen bekannt.

Es bestanden bisher erhebliche Schwierigkeiten, zylindrische Bohrungen, kugelförmige Oberflächen und Gelenke maschinell so herzustellen, daß sie auch dann genaue Abmessungen beibehalten, wenn fertigbearbeitete, zueinander passende Oberflächen so zusammengefügt werden, daß eine genaue Passung zwischen den gegeneinander bewegbaren Oberflächen dei Teile erreicht wird. Auch ist es schwierig, zwischen Kugelgelenkteilen von Stangenenden, die hochpoliert sind und genau passende Durchmesser aufweisen, eine einwandfreie Verbindung herzustellen. Weiterhin traten Schwierigkeiten hinsichtlich einer ausreichenden Schmierwirkung zwischen den Oberflächen auf. Diese Schwierigkeiten sollen nun gemäß der Erfindung behoben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von gegeneinander bewegbaren Maschinenbauteilen, z. B. einem Kolben oder einem Kugelgelenkbauteil, bei denen zwischen den gegeneinandergleitenden Flächen eine Schicht aus Kunststoff geringer Reibung liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der eine Maschinenteil ganz oder zumindest dessen Gleitoberflächenteile ganz aus Kunststoff hergestellt und durch Spritzgießen oder Pressen so geformt wird, daß es die aus einem Fluorkohlenstoffharz bestehende Kunststoffschicht geringer Reibung gegen die entsprechenden Gleitflächen an dem anderen Maschinenteil anpreßt.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Kolbens und Zylinders in Arbeitsstellung zueinander,

F i g. 2 einen Querschnitt ähnlich der F i g. 1 eines anderen Kolbens,

Fig. 3 einen weiteren der Fig. 1 ähnlichen Kolben,

Fig. 4 einen Querschnitt eines Stangenendes, der dessen zusammengesetzte Bauteile vor dem Zusam-Verfahren zur Herstellung von gegeneinander
bewegbaren Maschinenbauteilen

Anmelder:

Charles Samuel White,

Birmingham, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:
Charles Samuel White,
Birmingham, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. Mai 1956 (583 680)

menbau zu der in F i g. 5 dargestellten Konstruktion in der endgültigen Form wiedergibt, und

Fig. 6 einen Querschnitt eines anderen der Fig. 5 ähnlichen Stangenendes.

Nach Fig. 1 besteht der Kolben 10 aus einem Kunststoff, der unter Druck durch die Öffnung 28 eingepreßt wurde, wodurch die Schicht des Materials niedriger Reibung 25 gegen die Zylinderwand 11 gepreßt wird. Die Innenwand 12 des Zylinders 11 ist über ihre ganze Länge mit gleichbleibendem Durchmesser hergestellt und durch Honen oder andere maschinelle Bearbeitung mit feinbearbeiteter Oberfläche versehen. Der genaue Durchmesser der Zylinder braucht nicht eingehalten zu werden, da einige Tausendstel mehr oder weniger durch den innerhalb des Zylinders geformten Kolben selbsttätig aufgenommen werden. Eine letzte maschinelle Bearbeitung in Längsrichtung der Bohrung 12 sorgt für Gleichförmigkeit in Längsrichtung, obwohl die Durchmesser verschiedener Bohrungen verschieden sein können.

Der Kolben 10 wird innerhalb des Zylinders dadurch gebildet, daß der Boden durch einen längsgeschlitzten zylindrischen Stopfen, der eine Öffnung 14 aufweist, geschlossen wird; die Öffnung ist in der Mitte zur Aufnahme eines Kolbens oder einer Schubstange 15 vorgesehen. Eine Aussparung 16 am Oberteil des Stopfens 13 ist mit einem Dichtungsstopfen 17 versehen, der aus plastischem Material, Gummi od. dgl. zum Abdichten des Kolbens oder der Schub-

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dung mit dem Raum 49 stehen. Ein dem Material 26 der Buchse 24 ähnlicher Kunststoff 53 kann dann in den Raum 49 eingepreßt werden. Ein vorbestimmter Druck wird auf die äußere Oberfläche der Buchse 47 derart ausgeübt, daß eine feste Abdichtung mit der berührten Oberfläche der Bohrung 12 erzeugt wird. Trotz seiner guten Abdichtung ist nur eine geringe Reibung zwischen den bewegten Teilen vorhanden, da die Buchse 47 vorzugsweise aus einem Fluorkohlenwasserstoffharz, wie etwa Polytetrafluorethylen, besteht, das keine Schmierung benötigt.

Bei den in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Kugelgelenkbauteilen wird das Material niedriger Reibung als Schicht zwischen der mittleren Kugel und einem geschlitzten Laufring angeordnet. Wenn der Laufring durch eine zur Mittelachse senkrechte Ebene gespalten ist, wie in den F i g. 4 und 5 gezeigt, werden die scheibenartigen Bauteile mit Abstand voneinander angeordnet, so daß Raum zur Aufnahme des Materials vorhanden ist. Die auf Abstand befindlichen Laufringteile werden mit vorbestimmtem Druck aufeinander zu bewegt, um das Material zwischen der Kugeloberfläche und der Oberfläche der Laufringe zusammenzudrücken.

Die Kugel und die Laufringe können erst erwärmt werden, oder es kann Wärme dem ganzen Bauteil zugeführt werden, um den Kunststoff nach der Kugel zu formen und vorzugsweise das Hülsenmaterial mit der Oberfläche der Lauf ringe zu binden. Dieser Bauteil ist dem der Kolbenanordnung ähnlich, da nui die Kugel ähnlich der Bohrungsoberfläche poliert werden muß. Der genaue Durchmesser der Kugel oder der Oberfläche der Bohrung braucht nicht eingehalten zu werden, da die Formgebung des Kolbens und des Hülsenmaterials etwa bestehende Unterschiede in den Abmessungen aufnehmen, während sie Berührung zwischen der polierten Oberfläche und der Oberfläche des Harzmaterials niedriger Reibung unter einem vorbestimmten Druck schafft.

Wie in F i g. 6 gezeigt, kann der Laufring auch im Durchmesser gespalten sein, wobei die Laufringe aufeinander zu gepreßt werden, nachdem die Hülse aus Kunststoff niedriger Reibung aufgebracht wurde, um bei Erwärmung auf formbaren Zustand mit vorbestimmtem Druck die Gleitfläche zwischen den gegeneinander beweglichen Bauteilen einzupressen. Nach der Abkühlung ist das Material mit dem Laufring verbunden. Es wird dabei ein bestimmtes Druckverhältnis aufrechterhalten, wenn der Laufring und der Bauteil in einem Ring des Stangenendes unter Druck zusammengepreßt sind. Bei dieser Anordnung ist eine dichte Lagerfläche mit sehr niedriger Reibungskennziffer sichergestellt, die eine Verwendung ohne irgendwelches Spiel oder wahrnehmbare Abnutzung ermöglicht.

Bei der in F i g. 4 und 5 dargestellten Lagerung der Kugelgelenkenden ist ein poliertes Kugelelement 55 mit Stirnplatten 56 versehen und in einen an einem Ende mit einer Stange 58 versehenen Kopf 57 eingesetzt. Ein Paar scheibenähnlicher Laufflächen oder Lagerelemente 59 mit darin roh ausgebildeten gewölbten Oberflächen 61 wird innerhalb des Kopfes gegen eine Buchse 62 aus Kunststoff niedriger Reibung eingesetzt. Auf beide Seiten der scheibenähnlichen Elemente 59 wird durch ein oder zwei Hülsenelemente 63 Druck ausgeübt, um sie aufeinander zu zu drücken und eine Druckberührung zwischen der Buchse 62 aus Kunststoff niedriger Reibung und der polierten Kugeloberfläche zu schaffen. Die scheibenähnlichen Bauteile 59 sind aus formbarem, plastischem Material hergestellt, das sich unter Wärme und Druck in die gewünschte Gestalt formen läßt. Vorzugsweise ist das Material niedriger Reibung mit der gewölbten Oberfläche 61 thermisch unter Verwendung geeigneter Klebstoffe verbunden.

Wenn das Material niedriger Reibung bei Erwärmung geformt wird, ergibt sich bei der Abkühlung eine Lagerberührung mit der gewölbten polierten Oberfläche der Kugel 55 unter einem vorbestimmten Druck. Auf beiden Seiten des Kopfes 57 werden Flansche 64 durch Stanzen ausgebildet, um die beiden Scheiben 59 nahe zueinander zu halten. Der Druck auf das plastische Material der scheibenähnlichen Elemente 59 preßt diese in innige Berührung miteinander und mit dem Lagermaterial niedriger Reibung, mit dem es bindet. Dieser plastische Kunststoff kann dem Material 26 des Kolbens nach Fig. 1 ähnlich sein und wird durch eine Öffnung im Kopf 57 in den Raum zwischen den Enden der Buchsen 63 gespritzt, um sich mit der Buchse 62 aus Kunststoff niedriger Reibung zu binden, während er zur Berührung mit der polierten Oberfläche der Kugel 55 unter vorbestimmten Druck gepreßt wird.

Eine ähnliche Anordnung ist in F i g. 6 dargestellt, in der das umgebende Element 65 der Kugel 55 bei 66 geschlitzt ist und die beiden Hälften aufeinander zu gegen die Buchse 62 aus Kunststoff niedriger Reibung 62 gepreßt werden. Nachdem ein Druck zwischen den Elementen 65 ausgeübt worden ist, wird der ganze Bauteil in den Kopf 67 eingedrückt, von dem eine Seite mit einem Bund 68 versehen ist, während an seiner anderen Seite ein Bund 69 durch Stanzen der Innenkante des Ringes gebildet wird. In gleicher Weise kann das Element 65 aus einem plastischen Material, wie dem Material 26, hergestellt sein, so daß es bei Erwärmung in innige Berührung mit der Buchse 62 aus Kunststoff niedriger Reibung gedrückt werden kann und so gebunden wird.

Es liegt auch im Bereich der Erfindung, die Seiten der Kugel 55 und des Raumes innerhalb der Flanschen 68 und 69 zu schließen und das plastische Material 26 in den Raum innerhalb des Kopfes 67 zur Bildung des Elementes 65 zu spritzen.

Die Teile aus Kunststoff niedriger Reibung 25, 32, 47 und 62 können ein Film aus einem Fluorkohlenwasserstoff sein, wie etwa Polytetrafluoräthylen, das auf einem Trägermaterial befestigt ist, das mit dei Oberfläche der Bauteile 59 verbunden ist. Es können aber auch Polytetrafluoräthylenfäden zu einem Gewebe mit darin enthaltenen bindefähigen Fäden gewebt sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Kunststoffschicht 23, 24, 32, 39, 41, 62 geringer Reibung aus einem sich mit dem Kunststoff des zu formenden Maschinenteiles 10, 31, 53, 59 leicht bindenden Tuchgewebe od. dgl. vorgefertigt wird und auf diesen den Gleitflächen 12 zugekehrter Seite die Schicht 25, 47 aus dem Kunststoff geringer Reibung aufgebracht wird. Vorteilhaft ist es auch, wenn zwischen der Kunststoffschicht 24, 47 geringer Reibung und dem zu formenden Kunststoffmaschinenteil 10, 53 zusätzlich eine federnde oder nachgiebige Schicht 27, 48 eingebracht wird.

Als günstig erwies sich bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform, bei der das zu formende Kunststoffmaschinenteil aus zwei zueinander parallelen Ringen besteht, wenn die Ringe 59

zu ihrer Formgebung und Anpressung an die Kunststoffschicht 62 geringer Reibung gegeneinandergepreßt werden.

In jeder der angegebenen Bauarten werden Oberflächen geringer Reibung gegenüber polierten Oberflächen eines dazu passenden kugelförmigen Elementes aus Kunststoff niedriger Reibung gebildet. Dieses Material kann aus Polyvinylcyanid oder ein ähnlicher bekannter Stoff sein, jedoch wird vorzugsweise ein Fluorkohlenwasserstoffharz in Film- oder Gewebeform verwendet, wie Tetrafluoräthylen, Fluorkohlenwasserstoffkautschuke oder hochfluorierte · Kohlenwasserstoffe. Unter dem Ausdruck »Fluorkohlenwasserstoffharze« werden polymerisierte Materialien verstanden, die durch Polymerisation von Fluorkohlenwasserstoffen einschließlich von Perfluorkohlenwasserstoffen und teilweise substituierten Fluorkohlenwasserstoffen erhalten wurden, z. B. der chlor-, brom- oder nitrosubstituierten Fluorkohlenwasserstoffe. Das Material niedriger Reibung kann durch ein nachgiebiges Material, etwa eine Gummischicht, getragen werden, um den sich berührenden Oberflächen unter Druck Biegsamkeit zu erteilen.

Im vorstehenden wurde die Erfindung in bezug auf Kolben und Kugelgelenkbauteile beschrieben; es ist jedoch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch für Zwecke anzuwenden, bei denen der Druck einer eingeführten Masse zur Herstellung der Berührung zwischen dem Kunststoff niedriger Reibung und der polierten Oberfläche des Bauteils, mit dem es zusammenarbeitet, angewandt wird. Wenn z. B. die beiden halbzylindrischen Bauteile 65 der F i g. 6 ein Innengewinde enthalten, kann dieses Gewinde zum Formen eines Gewindes auf einem Zapfenbolzen od. dgl. verwendet werden, der mit einem Gewinde geringeren Durchmessers versehen ist. Das Material niedriger Reibung füllt den Raum zwischen den Gewinden der Teile aus, so daß auf diese Weise ein fertiges Gewinde hergestellt werden kann.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedenfalls möglich, irgendwelche Unregelmäßigkeiten in den Abmessungen kugeliger oder zylindrischer Bauteile durch eine Schicht eines Materials niedriger Reibung auszugleichen, so daß sich eine ausgezeichnete Einpassung in situ zwischen den zusammenarbeitenden Maschinenbauteilen ergibt, wobei zusätzlich noch die Notwendigkeit einer gesonderten Schmierung vermieden ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gegeneinander bewegbaren Maschinenbauteilen, z. B. einem Kolben oder einem Kugelgelenkbauteil, bei denen zwischen den gegeneinandergleitenden Flächen eine Schicht aus Kunststoff geringer Reibung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Maschinenteil (10, 31, 59) ganz oder zumindest dessen Gleitoberflächenteile (53) ganz aus Kunststoff hergestellt und durch Spritzgießen oder Pressen so geformt wird, daß es die aus einem Fluorkohlenstoffharz bestehende Kunststoffschicht (23, 24, 32, 39, 41, 62) geringer Reibung gegen die entsprechenden Gleitflächen (12) an dem anderen Maschinenteil (11, 22, 35, 55) anpreßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (23, 24, 32, 39, 41, 62) geringer Reibung aus einem sich mit dem Kunststoff des zu formenden Maschinenteiles (10, 31, 53, 59) leicht bindenden Tuchgewebe od. dgl. vorgefertigt wird, auf dessen den Gleitflächen (12) zugekehrter Seite die Schicht (25, 47) aus dem Kunststoff geringer Reibung aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kunststoffschicht (24, 47) geringer Reibung und dem zu formenden Kunststoffmaschinenteil (10, 53) zusätzlich eine federnde oder nachgiebige Schicht (27, 48) eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem der zu formende Kunststoffmaschinenteil aus zwei zueinander parallelen Ringen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (59) zu ihrer Formgebung und Anpressung an die Kunststoffschicht (62) geringer Reibung gegeneinander gepreßt werden (F i g. 4 und 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1508 241.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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