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Verfahren zum Herstellen eines schmiermittelfreien Lagers Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines schmiermittelfreien Lagers, das ein
äußeres Laufringglied, ein inneres Laufringglied und eine Gewebeeinlage zwischen
den beiden Laufringgliedern aufweist, die aus Fasern eines Polymers des Fluoräthylens
besteht und mit dem äußeren Laufringglied durch eine Schicht eines wärmehärtbaren
Phenolharzes fest verbunden ist.
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Es sind Lager bekannt, bei denen eine Buchse eine Außenschale aus
einer Kupfer-Eisen-Blei-Legierung sowie eine Innenschale aus einer Kupfer-Blei-Legierung
aufweist. Die Lagerschalen sind an den Berührungsflächen miteinander verschweißt,
so daß eine Buchse aus einem Stück entsteht.
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Aus der deutschen Patentschrift 764 592 und der USA.-Patentschrift
1770 582 ist es bekannt, bei dem Zusammenbau eines Verbundlagers so vorzugehen,
daß man das Lagermetall als hülsenförmiges Rohr in das Trägerrohr oder in den Trägerteil
einsetzt, wobei durch Einpressen oder Erwärmen ein Verschweißen der beiden Lagerteile
erfolgt.
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Es ist auch schon bekannt, Metallagergehäuse mit einer sehr dünnen
Lagerschicht aus Kunststoffen verschiedener Art (Polyurethan- und Polyamidkunststoffen)
zu versehen (deutsche Auslegeschrift 1055 892).
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Man hat auch schon Verfahren zum Herstellen von sphärischen Lagern
aus Metall entwickelt, bei denen eine Kugel auf eine Temperatur von ungefähr 275'
C erhitzt und dann in eine entsprechende Pfanne eingesetzt wird, welche eine Einlage
aus einem Lagermaterial aufweist. Auf die Pfanne wird ein Druck ausgeübt, so daß
es um die Kugel herum geformt wird.
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Die bekannten Verfahren sind nicht nur umständlich und teuer, sondern
führen auch nicht zu wirklich reibungsarmen und schmiermittelfreien Lagern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Verfahren
zu verbessern und zu vereinfachen und die Verfahrensschritte so zu lenken, daß bei
dem Formungsprozeß keine Hitze angewendet wird, sondern erst nach dem Formen Wärme
nur zum Aushärten und Befestigen der reibungsarmen Gewebeeinlage an dem äußeren
Laufringglied aufgewendet werden muß.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Gewebeeinlage
verwendet wird, die eine Schicht des Phenolharzes aufweist, daß diese Gewebeeinlage
mit der Phenolharzschicht an die Innenwand des äußeren Laufringgliedes angelegt
wird, daß das innere Laufringglied in das äußere Laufringglied eingesetzt wird,
daß das äußere Laufringglied in bekannter Weise an das innere Laufringglied fest
angepreßt wird und daß die beiden Laufringglieder und die Gewebeeinlage bis zur
festen Verbindung der Gewebeeinlage mit dem äußeren Laufringglied infolge Aushärtens
des Phenolharzes erwärmt werden. Vorzugsweise wird das innere Laufringglied während
des festen Anpressens des äußeren Laufringgliedes elastisch verformt.
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Besonders günstige Ergebnisse erzielt man, wenn die Außenseite des
inneren Laufringgliedes vor dem Einsetzen in das äußere Laufringglied poliert, verchromt
und nochmals poliert wird.
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Der wesentliche Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß keine Verschweißung
von Lagerteilen erforderlich ist und die Gewebeeinlage durch die Phenolharzschicht
fest an der Innenwand des äußeren Laufringgliedes anhaftet und damit zu einem sehr
dauerhaften Lager beiträgt, das nicht nur schmiermittelfrei ist, sondern sich durch
ungewöhnliche Betriebssicherheit und hohe Lebensdauer auszeichnet.
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In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf
die Zeichnung im einzelnen näher beschrieben. In der Zeichnung ist F i g. 1 ein
Längsschnitt durch die Teile einer Ausführungsform eines Lagers, welches nach der
Erfindung hergestellt ist, vor dem Zusammensetzen der einzelnen Teile und vor dem
Anpressen, F i g. 2 ein Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Lagers mit
Kugel und Pfanne, welches nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt ist und
F
i g. 3 ein Querschnitt durch das Lager nach F i g. 2 nach Durchführung des Anpreßvorgangs.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann sowohl bei buchsenartigen Lagern
nach der F i g. 1 als auch bei Lagern mit Kugel und Pfanne nach den F i g. 2 und
3 angewendet werden.
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Das äußere Laufringglied 5 wird vorzugsweise aus einem zylindrischen
Rohling hergestellt und besteht üblicherweise aus einem ungehärteten, schmiedbaren
Metall, dessen Härte geringer ist als die des inneren Laufringgliedes 6, so daß
das äußere Laufringglied an das innere Laufringglied durch Ausüben eines formenden
Druckes unter Verwendung von Preßformen angepaßt werden kann.
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Das äußere Laufringglied 5 oder 5' weist anfangs die in den F i g.
1 und 2 dargestellte Rohform auf und ist mit roh bearbeiteten, allgemein parallelen
und zylindrischen Innen- und Außenflächen versehen. Die Innenseite wird vorzugsweise
roh geschliffen oder mit Sandstrahlgebläse bearbeitet, um eine rauhe Oberfläche
zu schaffen, an der die Gewebeeinlage 7 leichter haftet. Eine vorherbestimmte Rauheit
kann dadurch erzielt werden, daß an der Innenseite des äußeren Laufringgliedes 5
oder 5' ein sehr feines Gewinde gebohrt oder eingeschnitten wird. Das äußere Laufringglied
wird dann von Fett sowie von allen Fremdstoffen befreit, um es für den nächsten
Arbeitsgang vorzubereiten.
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Danach wird in das äußere Laufringglied 5 oder 5' die Gewebeeinlage
7 mit geringer Reibung und mit einer haftfähigen Rückseite aus einem durch Wärmeeinwirkung
aushärtenden Phenolharz so eingelegt, daß sich die Gewebeeinlage ganz um die Innenseite
des äußeren Laufringgliedes 5 oder 5' herum erstreckt und an den Enden etwas überlappt,
beispielsweise 3 mm. Die Gewebeeinlage 7 wird vorzugsweise als sehr dünne, anschmiegsame
Folie hergestellt, die leicht so zurechtgeschnitten werden kann, daß sie in Laufringglieder
5 oder 5' verschiedener Größe hineinpaßt. Die Stärke der Gewebeeinlage beträgt allgemein
0,5 bis 1 mm, ist jedoch in den F i g. 1 bis 3 mit einem größeren Querschnitt dargestellt.
Das Zuschneiden der Folien erfolgt vorzugsweise schräg zur Längs- oder Querrichtung,
so daß die überlappenden Enden unter einem Winkel zur Achse des äußeren Laufringgliedes
5 oder 5' verlaufen.
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Die Gewebeeinlage 7 besteht aus einem Polymer des Fluoräthylen, beispielsweise
aus einem Tetrafluoräthylengarn, und einer Schicht aus einem durch Wärmeeinwirkung
aushärtenden Phenolharz. Die ; Gewebeeinlage 7 wird in das äußere Laufringglied
5 oder 5' so eingelegt, daß die haftende Rückseite an dessen aufgerauhter Innenseite
anliegt, während das Gewebe aus einem Polymer des Fluoräthylens innen ist.
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Nach dem Einlegen der Gewebeeinlage 7 in das äußere Laufringglied
5 oder 5' wird das innere Laufringglied 6 eingesetzt. Das innere Laufringglied 6'
kann die Form einer abgestumpften Kugel haben, wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt
ist.
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Das innere Laufringglied 6 oder 6' wird zu Beginn geschwabbelt oder
poliert, um die Rauheit an der Außenseite zu vermindern, so daß die Gewebeeinlage
7 nicht unzulässig stark abgenutzt wird, wenn sich das innere Laufringglied auf
diesem dreht. Es hat sich gezeigt, daß eine Oberflächenrauheit der Lagerfläche des
inneren Laufringgliedes in einer gewissen Größenordnung eine Aufrauhung einer Tetrafluoräthylenfläche
bewirkt. Eine sehr glatte Oberfläche kann durch leichtes Anpolieren der Außenseite
des inneren Laufringgliedes erzielt werden, wenn die polierte Fläche danach verchromt
und nochmals poliert wird.
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Das innere Laufringglied 6 oder 6' kann dann in eine Formschmier-
oder -trennungsmischung, beispielsweise in eine Silikon- oder eine Wachsemulsion
getaucht und danach einige Minuten lang bei einer Temperatur von ungefähr 185° C
beschleunigt getrocknet werden, wodurch um das innere Laufringglied herum ein Film
mit einer Stärke von ungefähr 0,0125 mm erzeugt wird. Nach dem Abkühlen wird das
innere Laufringglied 6 oder 6' in das äußere Laufringglied 5 oder 5' eingesetzt,
wobei sich die Gewebeeinlage 7 zwischen diesen beiden Teilen befindet. Der Außendurchmesser
des inneren Laufringgliedes 6 oder 6' kann je nach der Größe der gewünschten Lagerfläche
entsprechend bemessen werden. Der Innendurchmesser des äußeren Laufringgliedes 5
oder 5' wird vorzugsweise so bemessen, daß ein Paßsitz erzielt wird, der die Drehung
des inneren Laufringgliedes 6 oder 6' leicht hemmt.
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Nach dem Einsetzen des abgekühlten inneren Laufringgliedes 6 oder
6' in das äußere Laufringglied 5 oder 5', wobei die Gewebeeinlage 7 sich zwischen
diesen beiden Teilen befindet, wird das äußere Laufringglied 5 oder 5' an das innere
Laufringglied durch Ausüben eines nach innen gerichteten Druckes fest angepreßt.
Das äußere Laufringglied 5 kann an das innere Laufringglied 6 dadurch angepreßt
werden, daß es durch eine Ziehform 10 in der F i g. 1 gepreßt wird, wobei das äußere
Laufringglied 5 zu einem äußeren Laufring geformt wird, dessen Innenseite mit der
Gewebeeinlage 7 ausgekleidet ist, die arii inneren Laufringglied anliegt und dessen
Drehung verhindert. Das äußere Laufringglied 5' nach der F i g. 2 kann an das innere
Laufringglied 6' unter Verwendung von Preßformen 10' nach der F i g. 2 angepreßt
werden, wobei das in der F i g. 3 dargestellte Lager geschaffen wird, bei dem das
innere Laufringglied 6' vom äußeren Laufringglied 5' festgehalten wird.
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Beim Herstellen eines Gelenklagers nach F i g. 2 und 3 wird der formende
Druck so lange aufrecht erhalten, bis die Lippenteile 12 (F i g. 3) fest auf die
Gewebeeinlage 7 gepreßt sind und am inneren Laufringglied 6' anliegen.
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Hierbei wird vorzugsweise ein Laufringglied aus nicht wärmebehandeltem,
rostfreiem Stahl mit einer Druckfestigkeit von ungefähr 3500 kg/cm2 verwendet, da
in diesem Fall keine Zurückfederung der Lippenteile 12 auftritt und das äußere Laufring-01lied
5' ohne Zerquetschen der Gewebeeinlage 7 geformt werden kann.
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Es hat sich gezeigt, daß der oben beschriebene Werkstoff für die Gewebeeinlage
mit geringer Reibung wegen seiner Elastizität hohen dynamischen Belastungen widerstehen
kann. Während des Formens wird der Werkstoff zusammengedrückt, übt jedoch im Bestreben,
die ursprüngliche Dicke zurückzugewinnen, auf die Metallflächen des inneren und
des äußeren Laufringgliedes einen Druck aus und hält diese auf Abstand.
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Nach Aufhebung des formenden Druckes auf das äußere Laufringglied,
wobei das äußere Laufringglied 5 aus der Ziehform ausgestoßen bzw. das äußere Laufringglied
5' aus den Preßformen 10' herausgenommen
wurden, werden
die Teile ungefähr 4 bis 5 Stunden lang auf eine Temperatur von 176 bis 190°
C erwärmt. Hierbei geht die Phenolharzschicht an der Rückseite der Gewebeeinlage
7 mit der Innenseite des äußeren Laufringgliedes 5 oder 5' eine feste Verbindung
ein. Bei dieser Erhitzung schrumpft die Gewebeeinlage 7 etwas ein, so daß sich der
feste Sitz zwischen dem inneren Laufringglied 6 oder 6' und dem äußeren Laufringglied
5 oder 5' etwas lockert, da die Fasern des Tetrafluoräthylens oder eines anderen
Polymers des Fluoräthylens etwas zusammenschmelzen. Eine vollständige Verfestigung
dieser Fasern zu einer homogenen Masse findet anscheinend nicht statt, so daß die
Fasern etwas von einander unterscheidbar bleiben. Im allgemeinen werden durch diese
Schrumpfung für das innere Laufringglied 6 oder 6' genügend Bewegungsfreiheit und
ein betriebsfähiges Lager geschaffen. .
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Um nach dem oben beschriebenen Anpressen das erforderliche Spiel zwischen
dem inneren Laufringglied 6 oder 6' und der Gewebeeinlage 7 zu erzielen, kann auch
in die Bohrung 9 oder 9' des inneren Laufringgliedes 6 oder 6' ein Expansionsstift
8 eingesetzt werden. Dieser Stift 8 oder 8' bewirkt eine Expansion des inneren Laufringgliedes
6 oder 6' innerhalb dessen Elastizitätsgrenzen, ohne dieses bleibend zu verformen.
Wird der Stift 8 oder 8' nach dem Anpressen aus dem inneren Laufringglied 6 oder
6' wieder herausgezogen, so schrumpft das innere Laufringglied 6 oder 6' auf seine
früheren Abmessungen zusammen, so daß außer der Dicke der zusammengepreßten Gewebeeinlage
7 ein Spiel zwischen dem inneren und dem äußeren Laufringglied geschaffen wird.
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Zusätzliche Lockerungsarbeiten, wie Hämmern oder Stoßen, sind beim
äußeren Laufringglied 5 oder 5' nicht erforderlich. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
können Lager hergestellt werden, die im wesentlichen frei von Spiel sind. In der
Praxis hat sich gezeigt, daß die Lager kein meßbares Spiel aufweisen, d. h., das
innere Laufringglied 6' bewegt sich bei einem ausgeübten Druck weder radial noch
axial im äußeren Laufringglied, ist jedoch in diesem frei drehbar. Zwischen diese
beiden Teile können keine Dickenlehren eingeführt werden. Diese frei drehbaren,
etwas vorbelasteten Gelenklager eignen sich hervorragend für Anwendungsgebiete,
in denen eine erhebliche Belastung unter den dynamischen Bedingungen von Drehung,
Schwingung, Fehlausrichtung usw. aufgenommen werden soll. Durch Verwenden der erfindungsgemäß
hergestellten Lager ist das Herstellen genauer arbeitender Gliedverbindungen und
Servovorrichtungen möglich, da, wie bereits bemerkt, kein Toter Gang vorhanden ist.
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Ferner wird auch darauf hingewiesen, daß die zu dem erfindungsgemäßen
Verfahren benötigte Ausstattung und die anzuwendenden Verfahrensstufen weder teuer,
kompliziert noch mühevoll sind. Das, was normalerweise als »Lagerkontakt« zwischen
einer Kugel und einer diese umschließenden Pfanne bezeichnet wird, beträgt im wesentlichen
100% der Innenseite der Pfanne. Dieser Lager- oder Kontaktbezirk wird normalerweise
dadurch bestimmt, daß ein Farbstoff auf eine Kugel aufgetragen wird, die so gedreht
wurde, daß deren Achse quer zur Achse der Pfanne liegt, wonach die Kugel in die
Normalstellung zurückgedreht wird, so daß die Kugelachse parallel zur Achse der
Pfanne liegt. Hiernach wird die Kugel nochmals gedreht, worauf die Innenseite der
Pfanne auf Stellen untersucht wird, an denen der Farbstoff sich abgelagert hat.
Die nach der Erfindung hergestellten Lager zeigen, daß der Lagerkontakt an der ganzen
Innenseite der Pfanne vorhanden ist, so daß ein 100%iger Kontaktbezirk bei den Lagern
geschaffen wurde.