DE19637511A1 - Lagerelement einer Sattelkupplung, Sattelkupplung und Verfahren zum Herstellen eines Lagerelementes einer Sattelkupplung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerelement einer Sattelkupplung, das einen Grundkörper mit einer Lagerfläche für einen Königszapfen der Sattelkupplung aufweist, wobei die Lagerfläche mit einer kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht überzogen ist.

Ein solches Lagerelement ist aus der deutschen Patentanmeldung 196 24 803 bekannt, die zum Stand der Technik gemäß § 3 (2) PatG gehört.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sattelkupplung mit einem solchen Führungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lagerelementes, das die Schritte aufweist, einen Grundkörper des Lagerelementes bereit zustellen und eine kohlen­ stoffbasierte Antifriktionsschicht auf die Lagerfläche aufzu­ bringen.

Sattelkupplungen dienen zur formschlüssigen, jedoch gelenkigen Verbindung eines Sattelanhängers mit einer Sattelzugmaschine. An der Zugmaschine ist dazu ein Kupplungssattel befestigt, der in der Draufsicht im wesentlichen hufeisenförmig ausgebildet ist, so daß ein Maul des Kupplungssattels in die rückwärtige Richtung der Zugmaschine zeigt. Am Grunde des Mauls ist ein ebenfalls hufeisenförmiges Teil, der sogenannte "Verschleißring" angebracht.

Am Anhänger befindet sich an der Unterseite des vorderen Endes ein nach unten weisender Sattelzapfen, der sogenannte "Königs­ zapfen", der zum Verbinden von Zugmaschine und Anhänger in die Maulöffnung des Kupplungssattels eingefahren wird, bis er in Anlage an den Verschleißring gerät.

Um die formschlüssige Verbindung zwischen dem Königszapfen und dem Kupplungssattel herzustellen, ist an dem Kupplungssattel ein verschwenkbar befestigter "Verschlußhaken" vorgesehen, der nach dem vollständigen Einfahren des Königszapfens in die Maulöffnung in eine den Königszapfen teilweise umschlingende Lage gebracht und dort arretiert wird, so daß der Königszapfen von dem Verschleißring einerseits und dem Verschlußhaken andererseits rundum formschlüssig eingefaßt ist. Verschleißring und Verschlußhaken bilden im geschlossenen Zustand dement­ sprechend einen kreisförmigen Lagerring und werden im Rahmen dieser Anmeldung als Lagerelemente des Kupplungssattels be­ zeichnet. Der in der Anordnung aus Verschlußhaken und Verschleiß­ ring aufgenommene Königszapfen hat kein oder nur ein minimales Spiel in dem Lagerring, damit eine ruckfreie Verbindung zwischen Anhänger und Zugmaschine hergestellt wird.

Die Oberflächen des Verschleißringes und des Verschlußhaken, die den Königszapfen einfassen, bilden dabei Lagerflächen für den Königszapfen.

Während des Fahrbetriebs, insbesondere während Kurvenfahrten, bei denen sich der Königszapfen in der Anordnung aus Verschleiß­ ring und Verschlußhaken dreht, treten entsprechend starke Reibungen zwischen diesen Teilen auf, die zu Reibungsverlusten und einem Verschleiß an Königszapfen, Verschleißring und Verschlußhaken führen. Nach entsprechender langer Betriebsdauer vermindert sich verschleißbedingt der Durchmesser des Königs­ zapfens.

Normen sehen vor, daß eine maximale Durchmesserverminderung des Königszapfens von etwa 2 mm zulässig ist; dann muß der Königszapfen ausgetauscht werden.

Um eine einwandfreie Bewegung des Königszapfens sicherzustellen und den Verschleiß zu reduzieren, ist es seit langem üblich, die entsprechenden Teile wiederholt mit Fett zu schmieren. Aufgrund der dazu erforderlichen hohen Mengen an Schmierfett und der durch den Verlust von Schmierfetten während der Fahrt entstehenden untragbaren Umweltbelastung wurde bei einer aus der DE 35 30 672 A1 bekannten Sattelkupplung vorgeschlagen, die mit dem Königszapfen in Anlage kommenden Oberflächen des Verschleißringes und des Verschlußhakens mit einer Antifriktions­ schicht zu versehen. Für die Antifriktionsschicht wurde ein Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE) verwendet. Die Antifrik­ tionsschicht besteht genauer aus einem PTFE-beschichteten Netzgewebe, das auf die Lagerflächen des Verschleißringes und des Verschlußhakens in eine jeweilige Ausfräsung desselben geklebt ist.

Ein Nachteil einer Antifriktionsschicht für Kupplungssattel aus PTFE besteht darin, daß das PTFE selbst in der Praxis extremem Verschleiß unterworfen ist. Neben einem merklichen Fließverhalten unter statischer Belastung, der die auf dem Verschleißring und dem Verschlußhaken aufgebrachte PTFE-Schicht unterworfen ist, was schnell zu nicht mehr akzeptablen Toleranzen führt, bietet PTFE praktisch keinen Verschleißwiderstand gegenüber abrasiven Materialien.

Gerade ein hoher Widerstand gegen ein Wegfließen der Antifrik­ tionsschicht ist jedoch bei einer Sattelkupplung wegen der hohen Flächenpressung erforderlich, die von dem Königszapfen auf den Verschleißring und den Verschlußhaken wirkt. Darüber hinaus wirkt der Königszapfen gegenüber dem PTFE stark abrasiv, falls auf eine Schmierung teilweise oder ganz verzichtet wird, was ja das Ziel der Antifriktionsschicht ist. Die Folge ist ein zu schneller Verschleiß der PTFE-Beschichtung.

Es sind auch Antifriktionsschichten aus harten Metallverbindungen wie Titaniumnitrid für Sattelkupplungen verwendet worden, die zwar die Anlageflächen des Verschlußhakens und des Verschleiß­ ringes gegen Abrasion schützen, jedoch im gleichen Maße die Abrasion des Königszapfens erhöhen. Dies hat zur Folge, daß auch der Königszapfen mit einer Antifriktionsschicht versehen werden muß, was aber den Aufwand erheblich erhöht.

Aus der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung 196 24 803 ist es darüber hinaus bekannt, als Antifriktionsschicht eine kohlenstoffbasierte Schicht vorzusehen.

Es hat sich gezeigt, daß kohlenstoffbasierte Schichten, d. h. Kohlenstoff enthaltende oder kurz Kohlenstoffschichten sich sowohl durch eine extrem hohe Beständigkeit gegen Fließen, durch eine extrem hohe Härte und dennoch durch eine äußerst geringe Reibung an Gegenkörpern aus bspw. Stahl auszeichnen. Die Verwen­ dung einer Kohlenstoffschicht als Antifriktionsschicht auf den mit dem Königszapfen in Anlage kommenden Oberflächen des Verschleißringes und des Verschlußhakens eröffnet die Möglich­ keit, auf den Einsatz von Schmiermitteln für den Königszapfen gänzlich zu verzichten. Es hat sich weiter als besonders vorteilhaft erwiesen, daß sich durch die Anlage des Stahlkörpers des Königszapfens an der Kohlenstoffschicht ein Teil der Kohlenstoffschicht auf den Stahlkörper überträgt, wodurch eine Trockenschmierung der Königszapfenlagerung bewirkt wird, die die Reibung zwischen Königszapfen und Verschlußhaken bzw. Verschleißring weiter reduziert. Es wurde umgekehrt nicht beobachtet, daß sich Stahl des Königszapfen auf die Kohlenstoff­ schicht überträgt, was bedeutet, daß an dem Königszapfen praktisch kein Verschleiß auftritt.

Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein noch weiter verbessertes Lagerelement für eine Sattelkupplung anzugeben. Des weiteren sollen eine verbesserte Sattelkupplung mit einem solchen Führungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lagerelementes angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Lagerelement für eine Sattelkupplung dadurch gelöst, daß zwischen dem Grundkörper und der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht eine Zwischen­ schicht angeordnet ist, deren Härte zwischen der der kohlen­ stoffbasierten Antifriktionsschicht und der des Grundkörpers liegt.

Diese Aufgabe wird weiterhin durch eine Sattelkupplung mit einem solchen Lagerelement gelöst.

Schließlich wird die Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß zwischen dem Grundkörper und der Antifrik­ tionsschicht eine Zwischenschicht aufgebracht wird, deren Härte zwischen der des Grundkörpers und der der Antifriktionsschicht liegt.

Die Aufgabe wird hierdurch vollkommen gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß durch das Anordnen einer solchen "mittelharten" Zwischenschicht zwischen der in der Regel außerordentlich harten, kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht und dem relativ weichen Grundkörper eine günstigere Verteilung der Druckkräfte innerhalb des Lagerelementes bei Belastung durch den Königszapfen erreicht werden kann. Hierdurch wird die Lebensdauer des Lagerelementes wesentlich erhöht, und die Form der Lagerfläche bleibt über eine längere Zeit erhalten, so daß eine gleichmäßige Belastung des Königszapfens durch die Lager­ elemente erreicht wird. Somit verlängert sich durch die erfin­ dungsgemäße Maßnahme auch die Lebensdauer des Königszapfens. Durch das ideale Zusammenwirken von Königszapfen und Lagerelemen­ ten des Kupplungssattels erhält man einen hohen, insbesondere ruckfreien Fahr- und Lenkkomfort des so ausgerüsteten Sattel­ zuges.

Vorzugsweise liegt die Härte der Zwischenschicht im Bereich von 500 bis 2.000 HV (Vickers Härte). Besonders bevorzugt ist ein Bereich von 800 bis 1.200 HV.

Es hat sich gezeigt, daß Zwischenschichten mit einer solchen Härte besonders geeignet sind, die auf die kohlenstoffbasierte Antifriktionsschicht wirkenden Druckkräfte gleichmäßig auf das Material des Grundkörpers zu übertragen. Im Vergleich dazu liegt die Härte des Grundkörpers üblicherweise im Bereich von etwa 300 HV. Die Härte der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht liegt im Bereich von etwa 2.500 bis 3.000 HV.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischenschicht eine Eisenlegierung.

Da auch der Grundkörper üblicherweise aus einer Eisenlegierung, bspw. aus einem mit Mangan und Chrom legierten Stahl besteht, ist es durch diese Maßnahme besonders einfach, die Zwischen­ schicht mit dem Grundkörper zu verbinden. Dies gilt insbesondere bei einer thermischen Verbindung, wie z. B. durch Schweißen. Aber auch in dem Fall, daß eine wärmebehandlungsfreie Verbindung von Grundkörper und Zwischenschicht angestrebt wird, hat die angegebene Maßnahme den Vorteil, daß die Wärmeausdehnungs­ koeffizienten zumindest in ähnlichen Bereichen liegen. Selbst bei den großen Temperaturschwankungen, denen Sattelkupplungen naturgemäß ausgesetzt sind, werden daher Materialspannungen weitgehend vermieden.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Zwischenschicht eine mischkristalline Eisenlegierung, insbesondere Martensit ist.

Derartige Eisenlegierungen bzw. derartige Kristallgitter von Eisenlegierungen besitzen neben der gewünschten Härte noch eine hinreichende Zähigkeit, die eine kostengünstige Material­ bearbeitung der Zwischenschicht, bspw. durch Drehen, ermöglicht.

Eine bevorzugte alternative Möglichkeit besteht darin, die Zwischenschicht des Lagerelementes aus formgepreßtem Sintermetall herzustellen. Dieses Material weist ebenfalls die oben genannten Eigenschaften auf.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Dicke der Zwischenschicht im Bereich zwischen 0,5 und 3 mm liegt.

Mit einer solchen Dicke weist die Zwischenschicht einerseits eine hinreichende Materialstärke auf, um die auf die kohlenstoff­ basierte Antifriktionsschicht wirkenden Druckkräfte gleichmäßig auf das Material des Grundkörpers verteilen zu können. Anderer­ seits beträgt die Toleranz der Lagerflächen der Lagerelemente von Lagerelementen an der Sattelkupplung üblicherweise 2 bis 3 mm, so daß die Zwischenschicht bei der angegebenen Dicke in der Verschleißzone des Lagerelementes angeordnet werden kann. Da die Dicke der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht in der Regel nur einige µm (bspw. 5 bis 20 µm) beträgt, ist die Antifriktionsschicht im Rahmen dieses Konstruktionsgedankens weitgehend vernachlässigbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischenschicht durch einen Ringabschnitt gebildet, der wärme­ behandlungslos mit dem Grundkörper verbunden ist.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, ein von der kohlenstoff­ basierten Antifriktionsschicht zum Grundkörper hin gleichmäßig abgestuftes Härteprofil vorzusehen. Mit anderen Worten wird vermieden, daß sich eine Übergangsschicht mit einer geringeren Härte als die des Grundkörpers in dem Bereich zwischen einer durch Wärmebehandlung (Schweißen) aufgebrachten Zwischenschicht und dem Grundkörper ausbildet.

Dabei kann der Ringabschnitt bevorzugterweise mit dem Grundkörper durch eine Verbundschicht verbunden sein.

Hierdurch wird - bei geeigneter Auswahl der Verbundschicht - eine hohe Festigkeit der Verbindung zwischen Grundkörper und Ringabschnitt erzielt. Zudem ist diese Art der Verbindung außerordentlich kostengünstig.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn an dem Grundkörper eine Ringabschnittsnut ausgearbeitet ist, in die der Ringabschnitt eingelegt ist.

Durch diese Maßnahme ergibt sich eine axiale Festlegung des Ringabschnitte an dem Grundkörper in wenigstens einer Richtung.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Ringabschnittsnut und der Ringabschnitt im Querschnitt jeweils mit einem Schwalben­ schwanzprofil versehen sind.

Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Ringabschnitt an dem Grundkörper nicht nur axial in beiden Richtungen festgelegt, sondern zusätzlich radial gesichert, so daß sich der Ringabschnitt nicht aus der Ringabschnittsnut radial nach innen herauslösen kann.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Ringabschnitt in der Ringabschnittsnut verdrehfest gehalten ist.

Hierdurch wird erreicht, daß sich der Ringabschnitt in der Ringabschnittsnut nicht relativ zu dem Grundkörper bewegt, was insbesondere bei den während einer Kurvenfahrt des Sattelzuges auf den Ringabschnitt wirkenden Tangentialkräfte auftreten könnte. Aufgrund der Verhinderung einer Relativbewegung zwischen dem Ringabschnitt und der Ringabschnittsnut des Grundkörpers wird eine Abnutzung aufgrund von Reibung vermieden.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Ringabschnittsnut an ihren Enden jeweils durch eine Schulter abgeschlossen ist.

Diese konstruktive Maßnahme schließt Relativdrehungen von Ring­ abschnitt und Ringabschnittsnut des Grundkörpers vollständig aus.

Eine bevorzugte alternative oder zusätzliche Möglichkeit der Sicherung gegen Verdrehen besteht darin, den Ringabschnitt in der Ringabschnittsnut durch Sicken zu halten.

Derartige Sicken sind relativ leicht vorzusehen, nachdem der Ringabschnitt in die Ringabschnittsnut eingelegt ist, indem der Grundkörper im Randbereich zur Ringabschnittsnut hin bspw. verstemmt wird. Die hierdurch auftretende Materialverdrängung führt zu einer von der Ringabschnittsnut hervorstehenden Sicke, die an dem Ringabschnitt angreift und diesen verdrehfest in der Ringabschnittsnut hält.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischenschicht in der Verschleißzone des Lagerteils angeordnet.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, erfindungsgemäße Lagerteile nicht nur neu sondern auch auf die Grundlage von gebrauchten Lagerelementen herzustellen. Die gebrauchten Lagerelemente werden zunächst definiert bis auf die maximal zulässige Toleranzgrenze im Bereich der Lagerfläche abgetragen. Anschließend werden die Zwischenschicht und die kohlenstoffbasierte Antifriktionsschicht in den Verschleißzonenraum eingebracht, so daß das Lagerelement nach diesem Vorgang die gleiche Form aufweist, die es in seinem Neuzustand hatte. Anstelle des Grundkörpermaterials befindet sich nun jedoch in dem Verschleißzonenraum der - buchsenartige - Ringabschnitt mit dem Überzug aus der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht. Mit anderen Worten wird durch diese Maßnahme das gebrauchte und - innerhalb der Toleranzgrenze - abgenutzte Lagerteil nicht ausgebessert oder wieder hergestellt. Vielmehr erfolgt eine "Veredelung" dieses Lagerteils von einem eine Fettschmierung benötigenden Lagerteil zu einem wartungs­ freien, also überhaupt keine Fettschmierung mehr benötigenden Lagerteil mit ausgezeichneten Druckübertragungseigenschaften von der harten kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht auf den Grundkörper.

Es ist daher mit dieser Maßnahme möglich, die Umwelt unter zwei Gesichtspunkten zu entlasten. Zum einen werden die abgenutzten Lagerteile nicht mehr weggeworfen, wie es bislang üblich war, sondern wiederverwendet. Zum anderen werden diese Lagerelemente nicht nur wiederhergestellt sondern darüber hinaus "veredelt", dahingehend, daß die Lagerelement keine Fettschmierung mehr benötigen. Hierdurch wird die Umwelt, insbesondere das Grund­ wasser geschont, das bislang erheblich durch die von Sattelzügen mit Sattelkupplungen herkömmlicher Bauart auf den Boden gelangen­ den Schmierstoffe verschmutzt wird.

Dabei ist natürlich besonders bevorzugt, wenn nicht nur die Lagerelemente erfindungsgemäß umgearbeitet werden, sondern wenn zusätzlich die Auflagefläche des Kupplungssattels mit einem an sich bekannten Antifriktionsbelag versehen wird.

Vorzugsweise enthält der Antifriktionsbelag ein Gemisch aus Polytetrafluorethylen und Polyesterharz, wie es an sich aus der DE 44 18 533 C2 bekannt ist.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn auch der Königszapfen mit einer kohlenstoffbasierten Antifriktionsbeschichtung versehen ist.

Obwohl das Zusammenwirken des Königszapfens aus Stahl und der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht an sich bereits hervorragend ist, führt eine Paarung von kohlenstoffbasierten Kontaktflächen zu einem noch weiter reduzierten Reibwert.

Es ist jedoch ausdrücklich zu bemerken, daß eine derartige Beschichtung des Königszapfens nicht notwendig ist, denn es hat sich gezeigt, daß bei einem Zusammenwirken der erfindungs­ gemäßen Lagerelemente mit einem Königszapfen aus herkömmlichem Stahl eine Verdichtung an den Oberflächen des Königszapfens aufgrund des harten kohlenstoffbasierten Antifriktionsmaterials erfolgt, wodurch die Lebensdauer des Königszapfens auch ohne Aufbringen eines kohlenstoffbasierten Antifriktionsbelages auf diesen bereits erheblich verlängert wird.

Zur Herstellung des im Bereich der Lagerfläche an dem Grundkörper zu befestigenden Ringabschnittes ist es besonders bevorzugt, zunächst einen Rohrabschnitt aus einem Stahlmaterial bereit zu­ stellen, eine Schicht aus dem Zwischenschichtmaterial auf den Innenumfang des Rohrabschnittes aufzubringen und nachfolgend wenigstens einen Ringabschnitt von dem Rohrabschnitt mit der aufgebrachten Schicht abzutrennen. Bevorzugt wird nachfolgend der Außenumfang dieser Anordnung aus Rohrabschnitt und Zwischen­ schicht am Außenumfang abgetragen, so daß ein Ringabschnitt allein aus dem Zwischenschichtmaterial gebildet wird.

Durch dieses Herstellungsverfahren läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise ein Ringabschnitt zum Anbringen an den Grundkörper eines erfindungsgemäßen Lagerelementes bilden. Die Zwischenschicht kann dabei bspw. mittels Auftragsschweißen aufgebracht werden, wobei bevorzugterweise ein Martensit-Gefüge gebildet wird. Durch das Vorsehen eines Rohrabschnittes wird eine definierte zylinderförmige Oberfläche zum Auftragen der Zwischenschicht gebildet. Durch die Ausgangsform eines Rohres eignet sich der Körper insbesondere zur Nachbehandlung durch Drehen, so daß mit relativ einfachen Mitteln ein Ringabschnitt mit definierter Außenrundung und Innenrundung gebildet werden kann.

Der Rohrabschnitt kann nach dem Aushärten der Zwischenschicht vollständig abgetragen werden, so daß ein Ringabschnitt allein aus dem Zwischenschichtmaterial gebildet werden kann.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste­ hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kupplungssattel einer Sattelkupplung mit einem dazugehörigen demontierten Verschlußhaken in perspek­ tivischer Explosionsdarstellung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Verschleißring des Kupplungssattels in schematischer Form;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 eine Detailansicht der Darstellung von Fig. 3;

Fig. 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Verschlußringes in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 3;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschleißringes;

Fig. 7 noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Verschleißringes;

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII/VIII von Fig. 6; und

Fig. 9a-9e Phasen der Herstellung eines Ringabschnittes für ein erfindungsgemäßes Lagerelement in schematischer Form.

In Fig. 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeich­ neter Kupplungssattel dargestellt, der Teil einer Sattelkupplung zur Verbindung einer hier nicht dargestellten Sattelzugmaschine mit einem nicht dargestellten Sattelzuganhänger ist. Der Kupplungssattel 10 ist an der Oberseite des rückwärtigen Endes der Zugmaschine befestigt.

Der Kupplungssattel 10 weist einen hufeisenförmigen, von dem Kupplungssattel 10 demontierbaren Verschleißring 12 sowie einen Verschlußhaken 14 auf, der in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber getrennt von dem Kupplungssattel 10 dargestellt ist. Der Verschlußhaken 14 ist normalerweise verschwenkbar an dem Kupplungssattel 10 befestigt.

Der Kupplungssattel 10 öffnet sich in rückwärtiger Richtung mit einem Maul 16, an dessen Grund der Verschleißring 12 angeordnet ist. Der Verschleißring 12 weist eine zylinderab­ schnittförmige Lagerfläche 18 als Anlagefläche für einen hier nicht dargestellten Königszapfen auf, der wiederum Bestandteil des Sattelzuganhängers ist. Die als Anlagefläche dienende Lagerfläche 18 reicht etwa bis zu Flächenendabschnitten 20 und 22, so daß die Lagerfläche 18 des Verschleißringes 12 im Querschnitt etwa halbkreisförmig ist. Entsprechend hierzu weist der Verschlußhaken 14 eine im Querschnitt ebenfalls etwa halbkreisförmige Lagerfläche 24 auf, die bis zu entsprechenden Flächenendabschnitten 26 und 28 reicht.

Zum Verbinden des Anhängers mit der Zugmaschine wird der Königszapfen in das Maul 16 des Kupplungssattels 10 eingefahren, bis er an der Lagerfläche 18 des Verschleißringes 12 anliegt. Darauf wird der verschwenkbar an entsprechender Stelle des Kupplungssattels 10 befestigte Verschlußhaken 14 so verschwenkt, daß er zusammen mit dem Verschleißring 12 den Königszapfen umschließt. Die Lagerfläche 24 des Verschlußhakens 14 und die Lagerfläche 18 des Verschleißringes 12 bilden komplementär zueinander gemeinsam eine im Querschnitt kreisringförmige Lagerung des Königszapfens, der in dieser Lagerung formschlüssig und drehbar aufgenommen ist.

Der Verschleißring 12 und der Verschlußhaken 14 werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als Lagerelemente bezeichnet. Im folgenden werden lediglich bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verschleißringen 12 beschrieben. Aufgrund der oben beschriebenen Komplementäreigenschaften von Verschleiß­ ring 12 und Verschlußhaken 14 versteht sich jedoch, daß die bezüglich des Verschleißringes 12 beschriebenen Prinzipien gleichermaßen auf den Verschlußhaken 14 anwendbar sind.

In Fig. 2 ist in schematischer Form ein Verschleißring 12 in der Draufsicht gezeigt.

Der Verschleißring 12 besteht im wesentlichen aus einem Grund­ körper 30. Das Material des Grundkörpers 30 ist üblicherweise ein Werkzeugstahl mit einer Härte im Bereich von 250 bis 300 HV (Vickers Härte).

Da sich das Stahlmaterial des Grundkörpers während des Zusammen­ wirkens mit einem Königszapfen selbst bei hinreichender Schmie­ rung mit Fett herkömmlicherweise relativ stark abnutzt, sehen Normen eine Toleranzgrenze 32 für die Lagerfläche 18 vor, bis zu der der Grundkörper 30 im Bereich der Lagerfläche abgenutzt sein kann, ohne daß der Verschleißring 12 ausgetauscht werden muß. Die Toleranz beträgt 2 bis 3 mm und ist in Fig. 2 aus Übersichtlichkeitsgründen maßstäblich verzerrt in bezug auf die Abmessungen des Grundkörpers 30 dargestellt.

In dem durch die zulässige Toleranzgrenze gebildeten Raum ist eine Zwischenschicht 34 angeordnet, auf deren Oberfläche eine kohlenstoffbasierte Antifriktionsschicht 36 mit einer Härte von etwa 2.500 HV aufgebracht ist, wie es aus den Fig. 3 und 4 näher zu ersehen ist.

Die Zwischenschicht 34 besteht aus einer auftragsgeschweißten Eisenlegierung (Martensit) mit einer Härte von etwa 900 HV und hat eine Dicke von etwa 2 mm entsprechend der zulässigen Toleranzgrenze 32. Die kohlenstoffbasierte Antifriktionsschicht 36 ist auf der Zwischenschicht 34 in einem Schichtabscheidung­ verfahren, bspw. einem PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) in einer Stärke von etwa 10 µm abgeschieden worden. Unter kohlenstoffbasierten Schichten werden reine Kohlenstoffschichten mit diamantähnlicher Struktur, metallhaltige Kohlenstoffschichten und amorphe Kohlenstoffschichten, die entweder rein oder metallhaltig sind, verstanden.

Zwischen der Zwischenschicht 34 und der Antifriktionsschicht 36 kann eine nicht dargestellte Haftvermittlungsschicht vor­ gesehen sein.

Durch die im Vergleich zur kohlenstoffbasierten Antifrik­ tionsschicht 36 relativ massive Zwischenschicht 34 können die durch den Königszapfen auf die Antifriktionsschicht 36 wirkenden Druckkräfte gleichmäßig auf den Grundkörper 30 übertragen werden. In der Anordnung aus Grundkörper 30, Zwischenschicht 34 und Antifriktionsschicht 36 treten daher keine übermäßig hohen Druckspannungen auf, wodurch der erfindungsgemäße Verschleißring 12 eine hohe Lebensdauer hat.

Eine durch Auftragschweißen gebildete Zwischenschicht aus einer mischkristallinen Eisenlegierung wie insbesondere Martensit hat zudem den Vorteil, daß trotz der relativ hohen Härte eine hinreichend große Zähigkeit verbleibt, um das Material vor dem Aufbringen der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht 36 durch Drehen auf die geeignete zylinderabschnittförmige Ober­ flächenform zu bringen.

Durch das Anordnen der Zwischenschicht 34 und der kohlenstoff­ basierten Antifriktionsschicht 36 in dem durch die Toleranzgrenze 32 gebildeten Raum ist es nicht nur möglich, derartige Ver­ schleißringe 12 neu herzustellen, vielmehr ist es auch denkbar und sogar beabsichtigt, gebrauchte herkömmliche Verschleißringe 12 sozusagen zu "veredeln", indem auf die abgenutzte Lagerfläche 18 des gebrauchten Verschleißringes 12 zunächst die Zwischen­ schicht 34 aufgebracht, im folgenden rundgedreht und anschließend mit der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht 36 versehen wird. Somit werden aus gebrauchten, bisher der Altmetallsammlung zugeführten Verschleißringen 12 neuwertige und vor allem wartungsfreie Verschleißringe 12. Denn aufgrund der kohlenstoff­ basierten Antifriktionsschicht 36 findet zwischen dem Königs­ zapfen und der Lagerfläche 18 des Verschleißringes 12 nahezu keine Reibung und damit keine Abnutzung mehr statt, so daß auf eine Schmierung mit Fett selbst dann vollständig verzichtet werden kann, wenn der Königszapfen nicht mit einer entsprechenden kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht überzogen ist.

Aus einem herkömmlichen Kupplungssattel 10, der der ständigen Schmierung mit Fett bedarf, kann somit ein vollständig wartungs­ freier Kupplungssattel gebildet werden, natürlich insbesondere dann, wenn auch die Auflagefläche des Kupplungssattels mit einem wartungsfreien Antifriktionsbelag versehen wird.

In den Fig. 5 bis 8 sind verschiedene weitere Ausführungs­ beispiele von erfindungsgemäßen Verschleißringen 12′, 12′′ und 12′′′ dargestellt. Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Zwischenschicht 34 nicht mittels Wärmebehandlung an dem Grundkörper 30 befestigt wird, wodurch vermieden wird, daß im übergangsbereich zwischen Zwischenschicht 34 und Grundkörper 30 aufgrund des Wärmeeinflusses weichere Bereiche entstehen. Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 8 wird die Zwischen­ schicht vorab in Form eines Ringabschnittes 34′, 34′′ hergestellt und anschließend an dem Grundkörper 30′, 30′′, 30′′′ wärme­ behandlungsfrei befestigt. Die Art der Befestigung erfolgt vorzugsweise derart, daß von dem Grundkörper 30′, 30′′, 30′′′ kein Material außerhalb der zulässigen Toleranzgrenzen abgetragen wird.

Der in Fig. 5 gezeigte Verschleißring 12′ weist einen Grundkörper 30′ auf. Im Bereich der Lagerfläche ist eine schwalbenschwanz­ förmige Ringabschnittsnut 38′ vorgesehen, in die ein ebenfalls mit einem Schwalbenschwanzprofil versehener Ringabschnitt 34′ eingebracht ist. Es versteht sich, daß aufgrund des Schwalben­ schwanzprofils der Ringabschnitt 34′ vorzugsweise in die Ringabschnittsnut 38′ hineingedreht wird.

Es versteht sich, daß der Ringabschnitt 34′ nicht notwendiger­ weise aus einem Stück gebildet sein muß. Aufgrund des drehenden Einschiebens des Ringabschnittes 34′ in die Ringabschnittsnut 38′ kann es aus Platzgründen erforderlich sein, den Ringabschnitt 34′ mehrteilig auszubilden.

Durch das Schwalbenschwanzprofil von Ringabschnitt 34′ und Ringabschnittsnut 38′ ist der Ringabschnitt 34′ sowohl axial in beiden Richtungen als auch radial an dem Grundkörper 30′ festgelegt.

Darüber hinaus ist der Ringabschnitt 34′ rückseitig mit der Bodenfläche der Ringabschnittsnut 38′ über eine Verbundschicht 40 verbunden und verstemmt, so daß der Ringabschnitt 34′ auch verdrehfest innerhalb der Ringabschnittsnut 38′ gehalten ist. Das Verstemmen erfolgt durch Einschlagen von Vertiefungen 44 im Randbereich des Grundkörpers, wodurch sich in der Ringab­ schnittsnut 38′ Sicken 42 ausbilden, die gegen das Material des Ringabschnitts 34′ pressen und ggf. in dieses eindringen, so daß eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung erzielt wird.

Die Ausführungsform der Fig. 6 unterscheidet sich von jener der Fig. 5 im wesentlichen dadurch, daß der Ringabschnitt 34′′ und die Ringabschnittsnut 38′′ jeweils mit einem Rechteckprofil und nicht mit einem Schwalbenschwanzprofil versehen sind.

Hierdurch ist es möglich, den Ringabschnitt 34′ in radialer Richtung in die Ringabschnittsnut 38′ einzusetzen.

Obwohl dies in Fig. 6 nicht dargestellt ist, versteht sich, daß der Ringabschnitt 34′′ wie bei der Ausführungsform der Fig. 5 mit dem Grundkörper 30′′ verbunden und in der Nut 38′′ verstemmt sein kann.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, daß die Ringabschnittsnut 38′′′ einseitig offen ist. Der Ringab­ schnitt 343′′ kann daher auch in axialer Richtung in die Nut 38′′′ eingeführt werden, muß hiernach aber in dieser verstemmt werden, wie es durch Einschlagvertiefungen 48 und dadurch hervorgerufene Sicken 46 dargestellt ist.

In Fig. 8 ist zu sehen, daß die Ringabschnittsnut 38′′ endseitig durch Schultern 50 abgeschlossen ist, die durch den Grundkörper 30′′ gebildet sind. Durch diese Maßnahme ist der Ringabschnitt 34′′ in Verdrehrichtung relativ zum Grundkörper 30′′ form­ schlüssig gehalten. Es versteht sich, daß derartige Schultern 50 auch bei der Ringabschnittsnut 38′′′ der Ausführungsform von Fig. 7 vorgesehen sein können.

In den Fig. 9a bis 9e ist in schematischer Form ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für die Ringabschnitte 34′, 34′′ darge­ stellt.

Im Schritt der Fig. 9a wird zunächst ein Rohrabschnitt 52 aus einem Material bereitgestellt, das vorzugsweise gleich dem des Grundkörpers 30 ist. Auf den Innenumfang des Rohrabschnittes 52 wird im Wege des Auftragsschweißens eine Schicht 54 aus dem Zwischenschichtmaterial aufgebracht. Im Schritt 9c wird der Innenumfang dieser Anordnung aus Rohrabschnitt 52 und Schicht 54 innenumfänglich rundgedreht. Im Schritt 9d wird der Außen­ umfang dieser Anordnung soweit abgedreht, bis lediglich die Schicht aus dem Zwischenschichtmaterial verbleibt.

Es versteht sich, daß die Schritte 9c und 9d auch vertauscht werden können und daß vorzugsweise während des außenumfänglichen Abdrehens Rillen erzeugt werden, die später eine vergrößerte Oberfläche für die Verbundschicht 40 bieten.

Schließlich wird der verbleibende Rohrabschnitt 54 aus dem Zwischenschichtmaterial entlang seiner axialen Mittenebene durchgetrennt, wodurch zwei Ringabschnitte 34′′, 34′′′ mit jeweils halbkreisförmigem Querschnitt erhalten werden (Fig. 9e).

Claims (27)

1. Lagerelement (12; 14) einer Sattelkupplung, das einen Grundkörper (30; 30′; 30′′; 30′′′) mit einer Lagerfläche (24) für einen Königszapfen der Sattelkupplung aufweist, wobei die Lagerfläche (24) mit einer kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht (36) überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grundkörper (30; 30′; 30′′; 30′′′) und der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht (36) eine Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) angeordnet ist, deren Härte zwischen der der kohlenstoffbasierten Antifriktionsschicht (36) und der des Grundkörpers (30; 30′; 30′′; 30′′′) liegt.

2. Lagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) eine Härte im Bereich von 500 bis 2.000 HV (Vickers Härte), vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1.200 HV aufweist.

3. Lagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) aus einer Eisen­ legierung besteht.

4. Lagerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) eine mischkristalline Eisenlegierung, insbesondere Martensit ist.

5. Lagerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) aus formgepreßtem Sintermetall besteht.

6. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 3 mm aufweist.

7. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34′; 34′′) durch einen Ringabschnitt (34′; 34′′) gebildet ist, der wärme­ behandlungslos mit dem Grundkörper (30′; 30′′; 30′′′) verbunden ist.

8. Lagerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (34′; 34′′) an dem Grundkörper (30′; 30′′; 30′′′) durch eine Verbundschicht (40) verbunden ist.

9. Lagerelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Grundkörper (30′; 30′′; 30′′′) eine Ringab­ schnittsnut (38′; 38′′; 38′′′) ausgebildet ist, in die der Ringabschnitt (34′; 34′′) eingelegt ist.

10. Lagerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringabschnittsnut (38′) und der Ringabschnitt (34′) im Querschnitt jeweils ein Schwalbenschwanzprofil aufweisen.

11. Lagerelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringabschnitt (34′; 34′′) in der Ringab­ schnittsnut (38′; 38′′; 38′′′) verdrehfest gehalten ist.

12. Lagerelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringabschnittsnut (38′′) an ihren Enden durch eine Schulter (50) abgeschlossen ist.

13. Lagerelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (34′) in der Ringabschnittsnut (38′) durch Sicken (42) gehalten ist.

14. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) in der Verschleißzone des Lagerelementes (12; 14) angeordnet ist.

15. Sattelkupplung zur Verbindung eines Sattelanhängers mit einer Sattelzugmaschine, mit einem an der Sattelzugmaschine befestigten Kupplungssattel (10), der einen Verschleißring (12) und einen Verschlußhaken (14) aufweist, die mit einem Königszapfen des Sattelanhängers zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschleißring (12) und/oder der Verschlußhaken (14) als Lagerelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet sind.

16. Sattelkupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Auflagefläche (11) des Kupplungssattels (10) ein Antifriktionsbelag eingelassen ist.

17. Sattelkupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Antifriktionsbelag ein Gemisch aus Polytetrafluor­ ethylen und Polyesterharz enthält.

18. Sattelkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Königszapfen mit einer kohlenstoff­ basierten Antifriktionsbeschichtung versehen ist.

19. Verfahren zum Herstellen eines Lagerelementes (12; 14) einer Sattelkupplung, das eine Lagerfläche (18) für einen Königszapfen aufweist, mit den Schritten:

• a) Bereitstellen eines Grundkörpers (30; 30′; 30′′; 30′′′) des Lagerelementes (12; 14), und
• b) Aufbringen einer kohlenstoffbasierten Antifriktions­ schicht (36) auf die Lagerfläche (18),

dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schritt b) eine Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) aufgebracht wird, deren Härte zwischen der des Grundkörpers (30; 30′; 30′′; 30′′′) und der der Antifriktionsschicht (36) liegt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (30; 30′; 30′′; 30′′′) des Lagerelementes (12; 14) im Bereich der Lagerfläche (18) bis auf die maximal zulässige Toleranzgrenze abgetragen wird, bevor die Zwischenschicht (34; 34′; 34′′) aufgebracht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) des Aufbringens der Zwischenschicht (34′; 34′,) die folgenden Schritte umfaßt;

• b1) Herstellen eines Ringabschnittes (34′; 34′′) aus dem Zwischenelementmaterial, und
• b2) Befestigen des Ringabschnittes (34′; 34′′) an dem Grundkörper (30′; 30′′; 30′′′) im Bereich der Lager­ fläche (18)

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b1) des Herstellens des Ringabschnittes (34′; 34′′) die folgenden Schritte umfaßt:

• b11) Bereitstellen eines Rohrabschnittes (52),
• b12) Aufbringen einer Schicht (54) aus dem Zwischen­ schichtmaterial auf dem Innenumfang des Rohrab­ schnittes (52), und
• b13) Abtrennen wenigstens eines Ringabschnittes (34′; 34′′) von dem Rohrabschnitt (52) mit der aufgebrachten Schicht (54).

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt b12) der Innenumfang des Rohrabschnittes (52) mit der aufgebrachten Schicht (54) rund gedreht oder geschliffen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang des Rohrabschnittes (52) mit der aufgebrachten Schicht (54) bis auf die aufgebrachte Schicht (54) abgetragen wird, so daß ein Zwischenschichtring (54) gebildet wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b2) des Befestigens des Ringabschnittes (34′; 34′′) an dem Grundkörper (30′; 30′′; 30′′′) die folgenden Schritte umfaßt:

• b21) Bilden einer Ringabschnittsnut (38′; 38′′; 38′′′) an dem Grundkörper (30′; 30′′; 30′′′) im Bereich der Lagerfläche (18), und
• b22) Einsetzen oder Einschieben und Verbinden des Ringab­ schnittes (34′; 34′′) in der Ringabschnittsnut (38′; 38′′ 38′′′)

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (34′; 34′′) in der Ringabschnittsnut (38′; 38′′; 38′′′) verstemmt wird.