DE19959199A1 - Gleitlager mit einer Kunststofffolie als Lauffläche und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Gleitlager mit einer Kunststofffolie als Lauffläche und Verfahren zu seiner Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einer geteilten Lauffläche aus Kunststoff, wobei die Kunststofflauffläche mit einer Verbundfolie (1; 12; 16; 23; 33), die aus einer Kunststofffolie (2), mindestens einer Schmelzfolie (3) und mindestens einer Metallfolie (4) aufgebaut ist, in mindestens einem Abschnitt auf die Lauffläche aufgeklebt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einer Lauffläche aus Kunststoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Dickwandige, hydrodynamisch geschmierte Lagerschalen und Kippsegmente werden heute mit Lagermetalllaufflächen hergestellt. Dies können Metalllegierungen auf Einstoff- oder Mehrstoffbasis sein.
Die verwendeten Metalle werden mit verschiedenen Verfahren auf den dickwandigen Lagerstützkörper aufgebracht. Gängige Verfahren sind das Schleudergußverfahren, das Standgußverfahren, das Auftragslötverfahren, das Flammspritzverfahren und das Sinterverfahren.
Für Mehrschichtlagermetalle werden auch elektrolytische Beschichtungsverfahren eingesetzt.
Zur Beschichtung der Lagerlaufflächen mit Kunststoffen werden allgemein bekannte Klebeverfahren und Sinterverfahren eingesetzt.
Beim Klebeverfahren werden Kunststoffplatten, -buchsen oder - folien mit einem geeigneten Kleber auf den Metallstützkörper aufgeklebt. Der Kleber muß dabei auf die zu verbindenden Werkstücke exakt abgestimmt sein und die Betriebsbedingungen des Gleitlagers dauerfest ertragen. Hierbei muß besonders auf die Temperaturbeständigkeit, Schwingungsfestigkeit und den Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Längenänderung von Metallstützkörper und Kunststofflauffläche geachtet werden.
Beim Sinterverfahren wird der Kunststoff unter Druck und Temperatur in eine feste Verbindung mit dem Stützkörper gebracht. Für kleinere Lagerschalen wird dieses Verfahren erfolgreich eingesetzt.
Problematisch ist die Beschichtung aller nicht ebenen Flächen. Die bisherigen Herstellprozesse benötigen für eine feste Verbindung aufwendige Vorrichtungen und kostenintensive Anlagen.
Zusätzlich Probleme bereiten PTFE basierende Kunststoffe für die es keinen geeigneten Klebstoff gibt. Eine ausreichend feste Klebeverbindung ist für diese Kunststoffe nur durch aufwendige Vorarbeiten und durch Anätzen der PTFE Schicht möglich.
Dünnwandlagerschalen werden üblicherweise in einem ebenen Beschichtungsverfahren mit der Kunststofflauffläche beschichtet und anschließend mechanisch in die endgültige Lagerschalenform gerollt und in den Stützkörper eingepreßt.
Die vorgenannten Verfahren sind allesamt aufwendig und nicht bei allen Lagern anwendbar.
Aufgabe der Erfindung ist es ein einfach herstellbares Gleitlager mit einer Laufschicht aus Kunststoff bereitzustellen und ein einfaches vielseitig einsetzbares Verfahren, zum festen Verbinden der Kunststoffschicht mit dem Lagerkörper zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
Durch die Erfindung wird eine einfache, kostengünstige und schnelle Herstellung von geteilten, hydrodynamisch geschmierten Gleitlagerlaufflächen ermöglicht.
Bei erfindungsgemäß ausgeführten Gleitlagern wird die elektrische Isolierung in vorteilhafter Weise durch die Kunststoff-Gleitschicht sichergestellt, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen am Lagergehäuse oder an der Lagerschale notwendig sind. Aufgrund der sehr dünnen Folienbeschichtung findet gleichzeitig eine optimale Wärmeleitung von der Lagerschale zum Gehäuse statt.
Die Reibwerte unter Mischreibungsbedingungen sind deutlich geringer als bei metallischen Lagermetall-Legierungen, wodurch geringere Anfahrmomente an den Maschinen auftreten.
Da die thermische Belastbarkeit der erfindungsgemäßen Gleitlagerlaufflächen deutlich höher ist als die thermische Belastbarkeit metallischer Lagermetall-Legierungen, sind höhere Drehzahlen möglich.
Die Reparatur oder der Ersatz der erfindungsgemäßen Kunststoff-Metallfolie bei Beschädigungen kann einfach, schnell und kostengünstig mit einer einfachen Vorrichtung erfolgen.
Anhand schematischer Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbundfolie, in
Fig. 2 ist ein Lagergehäuse mit erfindungsgemäßer Verbundfolie ersichtlich,
Fig. 3 zeigt erfindungsgemäß ausgestattete Stützkörperhälften,
Fig. 4 stellt eine Vorrichtung zum Einkleben einer Verbundfolie in eine Lagerhälfte dar und
Fig. 5 zeigt einen mit einer Verbundfolie beklebten Gleitschuh.
Die in Fig. 1 gezeigte Verbundfolie (1) besteht aus einer Kunststofffolie (2), vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Diese sogenannten PTFE Schälfolien werden mit den verschiedensten bekannten Zuschlagstoffen und Faserverstärkungen hergestellt und dienen als Lauffläche.
Die Kunststofffolie (2) wird vorzugsweise mit einer Schmelzfolie (3) unter hohem Druck und entsprechender Temperatur mit einer weiteren Folie fest verbunden. Diese Folie ist vorzugsweise eine Metallfolie (4) oder ein Metallgeflecht, worunter ein dünnes Netz aus metallischen Material zu verstehen ist.
Neben solcher drei-schichtiger Verbundfolien (1) ist es auch möglich mehrere Folien in einem Arbeitsgang aus den verschiedensten Werkstoffen, jeweils mit einer Schmelzfolie (3) miteinander zu verbinden.
Die so hergestellte Verbundfolie (1) ist flexibel, etwa bis zu ca. 2 Millimeter dick und kann in einfacher Weise in eine Lagerbohrung oder auf geringfügig gewölbte Flächen von Gleitschuhen, -segmenten, Axialteilen oder Bundanlaufflächen aufgeklebt werden.
Vorteilhaft ist zwar das Kleben, aber andere alternative Fixierungen können ebenfalls angewendet werden.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Lagergehäuses gezeigt, bei dem die Lauffläche in den beiden Gehäusehälften (11, 14) vorgesehen ist und in die geteilte Bohrung (15) sowohl an der unteren Gehäusehälfte (14) und an der oberen Gehäusehälfte (11) eine Verbundfolie (12) eingeklebt ist. Die Verbundfolie (12) kann dabei in jede Gehäusehälfte (11, 14) als ein Flächenstück oder in mehreren Abschnitten eingeklebt werden.
Die beklebte Bohrung (15) kann kreiszylindrisch oder auch profiliert sein um beispielsweise ein Mehrflächengleitlager zu bilden.
Es ist beispielsweise auch möglich durch das gegeneinander Verschieben der Bohrungsmittelpunkte von erfindungsgemäß beklebten Gehäusehälften (11, 14) oder Stützkörperhälften (21, 25) sogenannte Offset-Halves zu bilden.
Auch bei nur wenige Zehntel-Millimeter dicken Verbundfolien (12, 1, 16, 23, 33) ist durch die Kunststoffschicht eine sichere elektrische Isolierung gewährleistet und eine optimale Wärmeableitung von der Lauffläche (12', 23', 33') - beispielsweise in das Gehäuse (11, 14) - sichergestellt.
Zur Herstellung der Kunststoffbeschichtung werden einzelne oder mehrere auf die Gehäusehälften (11, 14) zugeschnittene Abschnitte mit geeigneten Metallklebern, z. B. Zweikomponenten Epoxidharzklebern mit ihrer metallischen Seite in die Bohrung (15) eingeklebt.
Zur Fixierung der Verbundfolie (12) während des Aushärtens des Klebers wird zwischen den Gehäusehälften (11, 14) ein Wellenabschnitt (13) verspannt, wodurch die Verbundfolie (12) an die Wandung der Bohrung (15) gepresst wird. Dieser Wellenabschnitt (13) trägt die Form der gewünschten Bohrung (15) des Gleitlagers, d. h. bei kreiszylindrischen Bohrungen (15) weist der Wellenabschnitt (13) einen Durchmesser auf, der die Größe der zu lagernden Welle plus das Lagerspiel hat.
Unter dem Lagerspiel ist die Differenz zwischen dem Lagerdurchmesser bzw. dem Durchmesser der Bohrung (15, 22, 35) und dem Durchmesser der zu lagernden Welle zu verstehen.
Bei Mehrflächengleitlagern mit Keilprofilen in der Lauffläche muß der Wellenabschnitt (13) die entsprechenden Gegenprofile aufweisen.
Die Verspannung der beiden Lagerhälften erfolgt durch Verschrauben der Teilfugen mit den vorgesehenen Schrauben (10) in den zugehörigen Gewindebohrungen.
Denkbar ist auch eine Spannvorrichtung, wie beispielsweise eine Hydraulikpresse, mit der die Gehäusehälften (11, 14) aneinander gepresst werden können.
Nach dem Aushärten des Klebers wird die Verspannung aufgehoben und der Wellenabschnitt (13) entnommen. Eine Nacharbeit der Bohrungsform in den Lagergehäusehälften (11, 14) ist nicht erforderlich.
In Fig. 3 ist eine Lagerschale gezeigt, die aus zwei Stützkörperhälften (21, 25) mit einem oder mehreren Abschnitten der Verbundfolie (23) als Kunststofflauffläche (23') besteht. Für die Fixierung der Verbundfolie (23) in der Bohrung (22) der Stützkörperhälften (21, 25) gilt im Wesentlichen das Gleiche wie es oben für die in Fig. 2 dargestellten Lagergehäusehälften (11, 14) beschrieben ist.
Nach dem Einkleben der Verbundfolie (23) in die beiden Hälften der Bohrung (22) werden die verschiedenen Abschnitte durch Verspannen eines Wellenabschnitts (24) zwischen den Stützkörperhälften (21, 25) fixiert. Nach dem Aushärten des Klebers wird die durch Verschraubung der Teilfuge oder durch eine Spannvorrichtung aufgebrachte Pressung aufgehoben und die Kunststofflauffläche (23') ist ohne weitere Nacharbeit einsatzfähig.
Für die Verwendung bei Mehrflächengleitlagern muß der Wellenabschnitt (24) analog zum Wellenabschnitt (13) aus Fig. 2 entsprechend profiliert sein.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit zum Aufbringen der Verbundfolie (33) dargestellt. Die in die Gehäusehälfte (34) eingeklebte Verbundfolie (33) wird durch eine Halbwelle (32), die mittels einer Platte (31) in die Bohrung (35) gepresst wird, während des Abbindens des Klebers fixiert. Die Platte (31) kann mit den - für die Gehäuseverschraubung vorgesehenen - Schrauben (30) und den entsprechend vorgesehenen Gewindebohrungen an der Gehäusehälfte (34) montiert werden.
Die Halbwelle (32) ist ein Wellenabschnitt, der in Längsrichtung zu einem Halbzylinder abgeflacht ist und die Bohrung (35) bis zur Teilfuge ausfüllt. Der Durchmesser der zylindrischen Grundform berechnet sich aus dem Wellendurchmesser der zu lagernden Welle, dem das Lagerspiel hinzuaddiert wird.
Wie bereits oben bezüglich der Wellenabschnitte (13, 24) beschrieben, kann an der Mantelfläche der zylindrischen Grundform eine Profilierung angebracht werden, um Mehrflächengleitlager oder sonstige Bohrungsformen herzustellen.
Die Vorrichtung (31, 32) ist an einer unteren Gehäusehälfte (34) dargestellt, kann aber auch an oberen Gehäusehälften oder an Stützkörperhälften angewendet werden.
Die Vorrichtung (31, 32) hat den Vorteil, unabhängig von der jeweils zweiten Hälfte eines geteilten Lagers, die eingebrachte Verbundfolie (33, 23, 12) zu fixieren, beispielsweise bei Reparaturarbeiten.
Die vielseitige Verwendbarkeit der Verbundfolie (16) zeigt sich in Fig. 5, die einen Gleitschuh (18) darstellt.
Auf einen Stützkörper (17) wird die Verbundfolie (16), bestehend aus einer Kunststofffolie (2), Schmelzfolie (3) und Metallfolie (4) oder Metallgeflecht mit einem geeigneten Metallklebern (7) z. B. Zweikomponenten Epoxidharzklebern mit der metallischen Seite auf den Stützkörper (17) aufgeklebt.
Die entsprechende Gleitfläche kann sowohl von einem Stück oder von mehreren Abschnitten der Verbundfolie (16) abgedeckt werden.
Nach Bekleben der ebenen oder geringfügig gewölbten Gleitlagerlauffläche, wie sie beispielsweise bei Gleitschuhen, -segmenten, Axialteilen oder Bundanlaufflächen vorkommen, wird die Klebung durch Anpressen einer ebenen bzw. gewölbten Fläche einer Platte während der Aushärtung des Klebers fixiert. Nach Abnehmen der Fixiervorrichtung hat die Verbundfolie (16) die gewünschte Oberflächenkontur angenommen und ist ohne weitere Nacharbeit einsatzbereit.
Bezugszeichenliste
1
Verbundfolie
2
Kunststofffolie
3
Schmelzfolie
4
Metallfolie
10
Schraube
11
Gehäusehälfte
12
Verbundfolie
12
' Kunststofflauffläche
13
Wellenabschnitt
14
Gehäusehälfte
15
Bohrung
16
Verbundfolie
17
Stützkörper
18
Gleitschuh
20
Schraube
21
Stützkörperhälfte
22
Bohrung
23
Verbundfolie
23
' Kunststofflauffläche
24
Wellenabschnitt
25
Stützkörperhälfte
30
Schraube
31
Platte
32
Halbwelle
33
Verbundfolie
33
' Kunststofflauffläche
34
Gehäusehälfte
35
Bohrung

Claims (8)

1. Gleitlager mit einer geteilten Lauffläche aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflauffläche (12', 23', 33') mit einer Verbundfolie (1; 12; 16; 23; 33), die aus einer Kunststofffolie (2), mindestens einer Schmelzfolie (3) und mindestens einer Metallfolie (4) aufgebaut ist, in mindestens einem Abschnitt auf die Lauffläche aufgeklebt ist.
2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie (1; 12; 23; 33) eine Dicke von etwa bis zu 2,0 Millimeter aufweist, die Kunststofffolie (2) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht und die Metallfolie (4) ein Metallgeflecht ist.
3. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager ein Mehrflächengleitlager ist und die Verbundfolie (1; 12; 23; 33) in eine als Keilform profilierte Lauffläche eingeklebt ist.
4. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie (1) elektrisch isolierend wirkt und einen Wärmedurchgang von der Lauffläche zum Lagergehäuse zulässt.
5. Verfahren zur Kunststoff-Beschichtung der Lauffläche eines Gleitlagers, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kunststofffolie (2), mindestens eine Schmelzfolie (3) und mindestens eine Metallfolie (4) oder ein Metallgeflecht fest zu einer Verbundfolie (1; 12; 23; 33) verbunden werden, die als mindestens ein Abschnitt mit der metallischen Seite in die Bohrung (15; 22; 35) des Gleitlagers eingeklebt wird und ein eingelegter Wellenabschnitt (13; 24), der das Profil der gewünschten Bohrungsform trägt, zwischen den Gleitlagerhälften verspannt wird, wodurch die Verbundfolie (1) an die Bohrung (15; 22; 35) gepresst wird und die Verspannung nach Aushärten des Klebers wieder aufgehoben wird.
6. Verfahren zur Kunststoff-Beschichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt einer Verbundfolie (1; 12; 23; 33) in eine Gehäusehälfte (11, 14; 34) oder Stützkörperhälfte (21, 25) eingeklebt wird und die Pressung durch eine Halbwelle (32), welche die gewünschte Form der Bohrungshälfte aufweist, erzeugt wird, die mittels einer Platte (31) in der Bohrung (35) verspannt wird.
7. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche durch Gleitschuhe (18) gebildet wird, auf deren Stützkörper (17) die Verbundfolie (16) aufgeklebt ist.
8. Verfahren zur Kunststoff-Beschichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt einer Verbundfolie (16) auf einen Stützkörper (17) aufgeklebt wird und die geringfügige Wölbung der Lauffläche durch Anpressen einer entsprechend gewölbten Fläche während der Aushärtung des Klebers erzeugt wird.
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