DE2147397A1

DE2147397A1 - Zusammengesetztes Kunststofflager sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2147397A1
Application number: DE19712147397
Authority: DE
Inventors: Richard J Simsbury Rolland Thomas P Bristol Conn Matt (V St A )
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1970-12-01
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1972-06-22
Also published as: CA935212A; DE2147397B2; US3692375A; JPS5431134B1; DE2147397C3; FR2117061A5; GB1352754A

Description

DR. R. POSCFIENRIEDER ft I 4 7 3 9

DR. E. BOhTTNER
DIPL.-ING. H.-J. MÜLLER

i'alu'.l.i.v/iilte ρ Q 24

8 MiJNUtEN 80

Lucile - Grcilin - Straße 38 A S / K

Teleioü 4/5155

Textron Inc., 10 Dorrance Street, Providence, Rhode Island

(V.St.A.)

Zusammengesetztes Kunststofflager sowie Verfahren und

Vorrichtung zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Lager oder Lagerelemente mit gewebter oder geflochtener o.dgl. Gleitschicht sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu deren Herstellung. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit solchen Lagern, bei denen die Gleitschicht und ein diese umgebender Hüll- oder Stützkörper aus fadenförmigem Verstärkungsmaterial in ein hartes, harzartiges Bindematerial eingebettet und mit diesem gebunden sind. Die Lager oder Lagerelemente gemäß der Erfindung weisen an einer Gleitfläche Drehflächen als Gleitflächen auf, die gegebenenfalls zylindrisch sein können und die daher allgemein als rohrförmig oder allgemein zylindrisch bezeichnet sind.

Es sind in der Technik Verfahrensweisen zur Herstellung zusammengesetzter Kunststofflager mit gewebten usw. Gleitschichten niedriger Reibung bekannt, und bei der Anwendung solcher Lager als Zapfenlager ist es zweckmäßig, das Lager auf einem zylindrischen Dorn zu bilden, der dann heraus-

209826/0871 BAD ORIGINAL

gezogen und zur Herstellung weiterer Lager oder Lagerelemente wieder verwendet werden kann. Derartige Verfahrensweisen sind beispielsweise in der Patentschrift

(Patentanmeldung P 19 04 H2.0

entsprechend der US-PS No. 3 507 022)beschrieben. Solche Verfahrensweisen tragen jedoch nicht den Schwierigkeiten Rechnung, die sich aus der hohen, radialgerichteten Druckbelastung ergeben, und zeichnen sich nicht durch die für die Massenherstellung hochleistungsfähiger Erzeugnisse hoher Qualität unter verhältnismäßig niedrigem Kostenaufwand erforderliche Einfachheit aus. Beispielsweise besteht bei Lagern, bei denen die Gleitschicht durch Stoffe verstärkt ist, die Gefahr der Verformung unter Belastung; die Gleitschicht neigt nämlich zum Kaltfließen, und es besteht die Gefahr, daß sie (hydrodynamisch) aus den Stix^nenden des Lagers verdrängt wird, was zu übermäßigem Spiel und untragbarer Abnutzung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lager der eingangs genannten Gattung sowie ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung zu schaffen.

Dies soll gemäß der Erfindung die Herstellung eines von Natur aus hochleistungsfähigen Lagers unter verhältnismäßig niedrigem Kostenaufwand gestatten.

Die Erfindung schafft ein Lagerelement, das sich bei Verwendung unter einer gegebenen Belastung durch eine höhere Lebensdauer auszeichnet, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung.

-J-

209826/0871

BAD OR(QINAt

- 13 -

Dies soll gemäß der Erfindung zur Wirtschaftlichkeit sowohl des Erzeugnisses als auch des Verfahrens und der Vorrichtung bei Verwendung eines Gleitschichtmaterials von niedrigem Reibungskoeffizienten führen.

Die Lagerelemente gemäß der Erfindung sollen sich dabei durch eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Verformung unter Belastung auszeichnen.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung gemäß der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß sie die Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher Größen und Typen von Lagern wahlweise gestatten.

In der Zeichnung sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochene, vertikal geschnittene Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Lagerelementes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Teildarstellung im vertikalen Querschnitt zur Veranschaulichung einer abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 13 ist ein vereinfachtes Schema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung der Lagerelemente des in Fig. 1 und 2 gezeigten Typs; und

Fig. 4, 5 und 6 sind ähnliche Teildarstellungen in Ansicht zur Veranschaulichung verschiedener Arbeitsschritte bei der Herstellung von Lagern gemäß der Erfindung.

209826/087 1

"■■::*

2H7397

Gemäß der Erfindung sind ein verbessertes, zusammengesetztes Kunststoffgleitlager oder Lagerelement sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung vorgesehen, bei denen eine gewebe-, geflecht- oder gewirlcverstärkte Auskleidung an einer allgemein rohrförmigen Gleitfläche mittels einer besonderen Verstärkung aus vorgespannten, flexiblen Litzen gestützt ist, die in einer harten Masse eines Bindematerials eingebettet sind. Diese Verstärkung, die aus einander übergreifenden Wickeldurchgängen mit unterschiedlichem WicklungsSteigungswinkel gebildet ist, leistet radialgerichteten Druckbelastungen des Lagers einen außerordentlichen Widerstand.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Zapfenlagerelement oder einer Hülse 10, bestehend aus einer Gleitschicht 11 aus Stoff und einer oder mehreren Schichten 12, 13 aus verstärktem Stützmaterial, das die Gleitfläche 11 an deren Mantelfläche umgibt und hält_e Die verschiedenen Schichten 11, 12, 13 können in dem gleichen harten Harzmaterial, beispielsweise einem Epoxydharz eingebettet und mit diesem gebunden sein, und zur Veranschaulichung dieses Sachverhaltes wurde im Schnitt sämtlicher Schichten die gleiche Kunststoffschraffur verwendet. Die Bohrung der Gleitschicht 11 hat in bezug auf eine Welle 14 einen Lauf- oder sonstigen Gleitsitz; die innere konkave Fläche der Gleitschicht 11 bildet also die Gleitfläche.

Der Gleitschichtatoff 11 kann mannigfaltige Formen annehmen. Beispielsweise kann er ein Gewebe von niedrigem Reibungskoeffizienten, wie gemäß Patent

(Patentanmeldung entsprechend US-PS

3 507 022.) ,oder ein gestrecktes Geflecht oder ein Strumpf mit niedrigem Reibungskoeffizienten, wie gemäß

209826/0 871

Patent (Patentanmeldung des gleichen

F
Anmelders, Anwaltsaktenzeichen 025) sein. Er kann auch ein Gewirk sein, oder erJtann durch Wickeln bindefähiger Fasern oder Litzen von niedrigem Reibungskoeffizienten in Schraubenlinien in einem ersten und einem zweiten, diesen überlappenden und diesem entgegengesetzten Durchgang in gleicher Wicklungsart hergestellt sein, wie im folgenden noch eingehend beschrieben,, Es genügt zunächst zu erwähnen, daß für einen Gleitschichtstoff 11 von niedrigem Reibungskoeffizienten das Gemisch von Fasern, Fäden, Litzen oder Garnen vorzugsweise ein Polyfluorkohlenstoff, beispielsweise Teflon, und ein Polyamid, beispielsweise Nomex, gegebenenfalls mit einem kleinen Anteil an Dacron im Interesse der Schrumpffähigkeit des letzteren unter den Aushärtungsbedingungen gewisser für die Tränkung verwendeter Harzbindematerialien ist.

Der Stützkörper für die Gleitschicht 11 ist als Stützschicht "A" (Schicht 12) und als Stützschicht "B" (Schicht 13) nur im Interesse der Unterscheidung bezeichnet, obwohl in beiden Schichten 12 und 13 die gleichen flexiblen Verstärkungslitzen, -fäden oder -garne verwendet werden können. Als Verstärkungsmaterial sind Glasfasern vorzuziehen, und gemäß der Erfindung unterscheiden sich die Schichten 12, 13 voneinander in der Steigung der schraubenlinienförmigen Wicklungen beim Aufbau des Verstärkungsmaterials in den Schichten 12, 13. Die unterschiedlichen Steigungswinkel der schraubenförmigen Wickellinien in den einzelnen Schichten sind derart gewählt, daß einerseits in erster Linie eine Radialdruckverstärkung oder eine in der Umfangsrichtung wirksame Halteverstärkung

209826/0871

oder andererseits in erster Linie eine axial haltende Verstärkung oder Stirnwandverstärkung erzielt wird.

Die Wahl der Größe und Art dieser Winkel und Schichten hängt u.a.. vom Typ der Gleitschicht und von den Querschnittsverhältnissen des jeweiligen Lagerelementes ab« Im allgemeinen ist es jedoch vorzuziehen, eine schraubenförmige Wicklung mit hoher Steigung als erste Stützwicklung oder wenigstens so nahe wie möglich an der Gleitschicht 11 einzuführen, um eine möglichst große axiale Haltefähigkeit gegenüber den Gleitschichtfasern an der Gleitfläche zu erhalten.

Wenn also beispielsweise ein Gleitschichtstoff 11 in Form eines Diagonalgewebes (d.h₀ eines Gewebes, dessen Fäden im Sinne des Bewickeins in der Umfangsrichtung schräg ausgerichtet sind ) oder in anderen Schräg— oder Diagonalformen( in Form eines Geflechts oder einer wendeiförmigen Wicklung mit hoher Steigung) vorliegt, liegt die erste Stützschicht 12 vornehmlich in der Umfangsrichtung und ist verhältnismäßig dünn; dies erfordert nur wenige Durchgänge mit verhältnismäßig geringem Steigungswinkel des Längsvorschubes, um möglichst viele Kreuzungen mit den Einzellitzen des diagonal ausgerichteten Gleitschichtmaterials zu erhalten. Wenn auf diese Weise das Gleitschichtmaterial festgelegt ist, ist die zweite Stützschicht 13 vorzugsweise durch einen so hohen Steigungswinkel der Verstärkungslitzen gekennzeichnet, daß (a) möglichst viele Kreuzungspunkte von Einzellitzen der Schicht 12 und (b) eine wesentliche Komponente der Haltewirkung in axialer Richtung geschaffen wird, und aufeinanderfolgende Wicklungslagen des Ver-

— 7 — + wie

209826/0871

2H7397

Stärkungsmaterials sind vorzugsweise im Sinne einer maximalen Verschränkung aufeinander abgestimmt, um eine größere Stabilisierungswirkung zu erzielen.

Nach dem gleichen Gesichtspunkt gilt für einen Gleitschichtstoff 11, bei dem unter rechtem Winkel zueinander ausgerichtete Fäden in der Umfangsrichtung bzw. in der Längsrichtung liegen, daß die benachbarte Stützschicht 12 vorzugsweise durch einen verhältnismäßig großen Steigungswinkel der Wendel gekennzeichnet ist, und dieser Schicht abwechselnd weitere Schichten von wechselweise kleinem und großem Steigungswinkel folgen. Ein solcher Aufbau ist in Fig. 2 angedeutet, bei dem die Einschrift "Stützschichten¹ A"' mehrere Schichten mit niedrigem Steigungswinkel bezeichnet, die, in radialer Richtung gesehen, mit "Stützschichten¹B"'von großem Steigungswinkel abwechseln.

Bei der Herstellung von Lagerelementen der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Art wird ein Kern oder Dorn gewählt, dessen konvexer Mantelumriß der gewünschten Gleitfläche des Lagers entspricht. In Fig. 1 kann die Welle 14 mit dem Radius R als der Kern oder Dorn angesehen werden; dieser Dorn zeichnet sich durch eine nicht-haftende Oberfläche mit geringem Reibungskoeffizienten aus oder kann mit einem Wachs, S- licon oder einem anderen, für den gleichen Zweck geeigneten Trennmittel überzogen sein. Dann wird die Gleitschicht 11, je nach ihrer Art, durch Wickeln, Aufrollen oder axiales Strecken aufgebracht. Dies ergibt einen neuen Außendurchmesser R₁. Die Gleitschicht 11 kann mit dem härtbaren Bindematerial in dem Maß vorgetränkt oder angefeuchtet sein, wie es sich nach Auswinden und

209826/0871

2H7397

Trocknen bis zum B-Stadium (dem faltbaren Stadium) des bindefähigen Materials ergibt; vorzugsweise kann jedoch das bindefähige Material während des Anbringens des Gleitschichtmaterials auf den Kern oder Dorn oder gleich anschließend daran in flüssigerHiase aufgebracht werden» Die Verstärkungsschichten werden dann als Wicklungen der gleichen Verstärkungsfäden oder -litzen (von unterschiedlichem Steigungswinkel) angebracht, und die Wicklungen werden während des Wickeins mit weiterem Bindematerial in flüssiger Hiase benetzt. Wie dargestellt, erstreckt sich die Schicht 12 bis zu einem Radius R , und die Außenschicht 13 ist bis zu einem Radius R^ aufgebaut, der größer ist als der gewünschte Außendurchmesser R„ des fertigen Erzeugnisses. Dieser flüssigkeitsgetränkte gewickelte Körper (vom Radius R^) wird dann vorzugsweise, beispielsweise mit einer Folienhülle, umhüllt, um das flüssige, bindefähige Material zurückzuhalten und um die Handhabung beim Aushärten zu erleichtern. Wenn dieser Körper ausgehärtet ist, wird die Folienhülle abgenommen und die Mantelfläche durch Drehen, Schleifen oder eine sonstige Bearbeitung bis auf einen Radius R„ beseitigt. Die Stirnenden werden, beispielsweise nach Abnehmen von dem Dorn oder Kern, auf gewünschtes Maß und Profil abgeschnitten und bearbeitet.

Fig. 3 veranschaulicht eine Vorrichtung, die von besonderem Nutzen bei der Herstellung einer langen Hülse ist, von der getrennte Lagerelemente 10 abgeschnitten werden können. Die Maschine bringt die Verstärkungslitzen in verschränkten Wickellagen nach Wunsch auf, wobei vorgewählte Bedingungen die unterschiedlichen Steigungswinkel der Schraubenwicklungen bestimmen. Die Maschine weist einen Rahmen auf, der in der Zeichnung schematisch in Form verschiedener

- 9 + unmittelbar davor oder

209826/0871

2H7397

schraffierter, rahmenfester Bereiche, beispielsweise 20 für ein Lager 21, angedeutet ist. Die lange Lagerhülse wird auf einem Dorn 22 aufgebaut, der mittels des Lagers 21 drehbar gelagert ist und mittels eines Antriebes 23 antreibbar ist. Spanneinrichtungen 19 am einen Ende oder an beiden Enden des Domes dienen zur Verankerung eines Lagebestimmungsmittels für den Strumpf oder das sonstige Material der Gleitschicht 11. Eine Fadenvorratseinrichtung 2k ist mit mehreren aufrechten Trägern oder Spindeln für einzelne Garnspulen 25 für die Verstärkungslitzen oder -garne ausgestattet, und Fadenführer, beispielsweise Ösen oder Hinge 26, 27» führen die einzelnen Litzen nach (

Bedarf in korrekter Stellung, so daß eine Anordnung von in Längsrichtung eng nebeneinanderliegenden Litzen gleichzeitig für den Aufbau der schraubenförmigen Umhüllung dargeboten werden; vorzugsweise erfolgt die Zufuhr unter Zugspannung, und die schematische Darstellung ist so zu verstehen, daß an den Fadenführern 26 je eine Einrichtung zum Erzeugen einer Zugspannung, beispielsweise ein federbelasteter Fadenspanner, als Teil der Konstruktion jedes Fadenführers 26 der Fadenzuführvorrichtung vorgesehen ist.

Die Fadenzufuhreinrichtung 2k kann ortsfest angeordnet sein, und der umlaufende Dorn kann zur Erzeugung eines

Wickels nach rechts und links verschiebbar sein; bei der ™

dargestellten Ausführungsform ist jedoch der Dorn 22 ortsfest gelagert, während die Fadenzuführeinrichtung 2k auf einem hin-und herbeweglichen Schlitten oder Wagen montiert ist. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Führungseinrichtung 2Ö bei 29 rahmenfest getragen ist und gewährleistet, daß die Bewegung der Fadenzuführeinrichtung parallel zur Drehachse des Domes 22 erfolgt» Als Einrichtung

- 10 -

209826/0871

für den Längsvorschub der Padenzuführeinrichtung 2k ist eine Leitspindel 30 schematisch angedeutet. Die Spindel 30 steht im Gewindeeingriff mit einer (nicht dargestellten) Spindelmutter, die einen Teil des Schlittens 2k bildet; wie dargestellt, bildet ein Drehschublager eine rahmenfeste Lagerung der Spindel 30, und der Antrieb ist von der Antriebseinrichtung 23 über ein Wechselgetriebe 32 und ein Umkehrgetriebe 33 abgeleitet. Für eine gegebene Antriebsdrehzahl bei 23 und für ein gegebenes, gewähltes Übersetzungsverhältnis bei 32, 33 hat der Schlitten 2k eine eindeutig bestimmte Vorschubgeschwindigkeit und -richtung, und diese bestimmen einen ganz bestimmten Steigungswinkel OC des Litzenwickels bei einem bestimmten Aufbaudurchmesser D des teilweise bewickelten Domes, Für den in Fig. 3 dargestellten Augenblick ist der Winkel O^ in der Größenordnung von 45 , und die Ausbreitung W der Schar von zugelieferten Verstärkungsfaden ^rjk für den Wickel entspricht im wesentlichen der Ganghöhe der Wendel, so daß eine glatte, in Längsrichtung durchgehende Bewicklung mit den Schraubenlinien der einzelnen Fäden gewährleistet ist. In der Zeichnung ist die Ausbreitung W der zahlreichen Einzelfäden 'Jk im Interesse der Übersichtlichkeit der Zeichnung übertrieben dargestellt, und in Wirklichkeit beträgt für den Winkel <?C der angedeuteten Größenordnung die Ausbreitung W nur einen Bruchteil der Ganghöhe L Je Umdrehung, wie in der noch zu besprechenden Fig. k gezeigt. Für ein abweichendes Übersetzungsverhältnis bei 32, bei dem die Leitspindeldrehung mit geringerer Drehzahl erfolgt, kann hingegen die Ausbreitung W_ im wesentlichen der Ganghöhe L entsprechen, wenn der Steigungswinkel °**- so wesentlich vermindert wird, daß der Verstärkungsfadenwickel im wesentlichen oder in der Hauptsache in der Umfangsrichtung

-H-

209826/087 1

liegt; ein solcher Wickel ist in der später zu besprechenden Fig. 6 (bei 50) begonnen und wird von links nach rechts fortgesetzt.

Wie dargestellt, ist der Schlitten 2h ferner mit einer Konsole 35 ausgestattet, die einen Behälter und eine Auftragbürste 36 trägt, die sich mit dem Momentanort der Bahn des Wickels auf dem Dorn in Berührung befindet und den Wickel befeuchtet; der Behälter 36 enthält natürlich einen Vorrat an Bindematerial in flüssiger Phase für dessen Abgabe und Auftrag. Anstatt dessen kann ein Harzgefäß verwendet werden, durch das die einzelnen Fäden hindurchgezogen werden, so daß sie unmittelbar vor dem Aufwickeln auf den Dorn mit dem Bindematerial befeuchtet werden.

Der Rest der Fig. 3 deutet die automatische Tätigkeit gemäß der Erfindung an. Es sind am Rahmen montierte Grenzschalter 37» 38 vorgesehen, die derart angeordnet sind, daß sie mit einem Anschlag 39 an dem Schlitten Zh zusammenwirken und die Schlittenbewegung nach beiden Längsseiten begrenzen. Jeder dieser Schalter ist mit einer Umsteuerv orrichtung ho verbunden, die eine Flip-Flop-Schaltung mit einer Steuerleitung zum Umkehrgetriebe 33 enthalten kann. Auf diese Weise wird bei Betätigung des Schalters 37 eine Umsteuervorrichtung ho aus einem ersten in einen zweiten Zustand versetzt, in dem bei 33 der Antrieb der Leitspindel 30 im entgegengesetzten Drehsinn eingeleitet wird (ohne daß dabei das Übersetzungsverhältnis bei 32 geändert wird); in ähnlicher Weise wird bei Erreichen der anderen Begrenzung der Längsbewegung des Schlittens der Schalter 38 betätigt und versetzt die Steuereinrichtung kO zurück in ihren ersten Zustand, wodurch das Umkehrgetriebe 33 abermals für die Vorschubrichtung von rechts

- 12 -

209826/0871

- 12 nach links reversiert wird.

Zusätzlich zu den angedeuteten Mitteln zur automatischen Umkehr des Längsvorschubes weist die Schaltung gemäß Fig. 3 auch zwei Zählwerke 4i und 42 für die Anzahl der zur Herstellung des Stützkörpers "A" bzw. des Stützkörpers "B" erforderlichen Anzahl der Durchgänge auf; die Zahl der Durchgänge ist natürlich mit Hilfe von Handeinstellmitteln 4i·, 42' wählbar. Jedes der Zählwerke 41 , 42 hat einen Eingangsanschluß k'J an den Schalter 37, ^so daß eine Zählerfortschaltung um einen Zählschritt bei jedem beendeten Durchgangszyklus (hin nach rechts und zurück nach links) ermöglicht wird. In demjenigen Teil der Tätigkeit, in dem der Stützkörper "A" aufgebaut wird, befindet sich der Zähler 41 in Tätigkeit (wie noch zu beschreiben sein wird), und die Zählung schreitet fort, während der Wickel in dem durch die Einstellung bei 41' festgelegten Maß aufgebaut wird. Wenn dieses Maß erreicht wird, liefert das Zählwerk 41 ein Ausgangssignal zum Ändern des Zustandes der Schaltereinrichtung 45_r wodurch (a) eine Betätigungseinrichtung 46 gesteuert wird, die das Wechselgetriebe 32 auf ein neues Übersetzungsverhältnis umstellt, das für die Erzeugung des im Stützkörper "B" gewünschten Steigungswinkels geeignet ist, und (b) einen AusschaItimpuls bei 44 an das Zählwerk 41 liefert; eine Verriegelungsschaltung 47 zwischen den Zählwerken 41 und 42 gewährleistet das Anschalten des einen Zählers 42 (4i), wenn der andere 41 (42) abgeschaltet wird. Das Zählen und Bewickeln für den Stützkörper "B" kann nun fortschreiten, ohne daß die kontinuierliche Drehung des Domes und die Freigabe der Wickellitzen 34 unterbrochen zu werden braucht. Wenn der Stützkörper "B" bis zu der gewünschten (und bei 42¹ vorgewählten) Anzahl von Durchgängen aufgebaut ist, wird die Schaltereinrichtung

- 13 -

209826/0871

45 betätigt und steuert die Betätigungseinrichtung 48 für eine Umstellung des Wechselgetriebes 32 auf das Übersetzungsverhältnis für den weiteren Aufbau des Stützkörpers mit der Wickelcharakteristik "A". Ein Signal bei 49 schaltet ferner das Zählwerk 42 ab und durch die Verriegelung 47 das Zählwerk 4i zum Zählen der Wicklungen des Stützkörperteils "A" wieder an. Dieser Aufbau von Schichten wird zyklusmäßig fortgesetzt, bis der gewünschte volle Durchmesser (Radius Rk) erreicht ist, und dann kann die Maschine von Hand oder automatisch, beispielsweise durch Abtastung eines unterbrochenen Lichtstrahles durch eine Photozelle, die die Antriebseinrichtung 23 abschaltet (siehe Zeichnungseinschriften) ausgeschaltet werden; anstatt dessen kann die Ausschaltsteuerung ein Zählwerk sein, das die Antriebseinrichtung 23 nach Erreichen einer vorherbestimmten Anzahl von Wickeldurchgängen stillsetzt.

Fig. 4, 5.und 6 veranschaulichen den von der Maschine gemäß Fig. 3 erzeugten Wickelaufbau. In Fig. 4 wurde mit einer ersten Wicklung mit großem Steigungswinkel begonnen, wobei die Ausbreitung W einer Litzenschar nur einen kleinen Bruchteil der Ganghöhe L der Wendel betrug. Der Abstand zwischen den aufgewickelten Litzen des ersten Durchganges sollte in aufeinanderfolgenden Durchgängen aufgefüllt werden, indem die Grenzschalter 37f 38 beim Einrichten in einem geeigneten Abstand voneinander angeordnet werden. Wenn beispielsweise der Steigungswinkel derart ist, daß W etwa gleich L/4 beträgt, sollte der Schalter 38 in einem solchen Abstand von Schalter 37 angeordnet werden, wie dies einer gegebenen Anzahl vollständiger Schraubenwindungen zuzüglich einer Achtelwindung (45 einer Schraubenwindung) entspricht. Dies bedeutet, daß bei jedem neuen Durchgang über den Dorn in einer gegebenen

209826/0871

Richtung(z.B. von links nach rechts) die Littsenschar 3k entlang einer Bahn gelegt wird, die neben der vorhergehenden Bahn liegt, diese jedoch nicht überlappt. Die Einschriften für den zweiten und dritten Durchgang veranschaulichen eine solche Phasenverschiebung (9-0 ) für jeden Durchgang; beim vierten Durchgang wird natürlich die eine verbleibende Lücke gefüllt, so daß die Anordnung gemäß Fig. 5 entsteht. In Fig. 6 ist angenommen, daß die schraubenförmige Wicklung mit großem Steigungswinkel beendet ist und daß bei Erreichen der als Grenze vorgewählten Zahl das Wechselgetriebe auf ein Übersetzungs-" verhältnis umgestellt worden ist, bei dem der Wickel in Umfangsrichtung entsteht (niedriger Steigungswinkel); die Wicklung 50 schreitet nun, wie dargestellt, mit diesem niedrigen Steigungswinkel fort.

Es wurde bereits allgemein angedeutet, daß die Stofflaufschicht 11 das Ergebnis eines Bewickeins unter relativer Hin- und Herbewegung sein kann, wie dies die Maschine gemäß Fig. 3 besorgt. Die obige Besprechung der Fig. k und 5 kann also auch für den Aufbau der Gleitschicht 11 gelten, wobei die Vorratsspulen 25 natürlich für die gewünschte Zusammensetzung der Gleitfläche geeignetes fe Garnmaterial oder Litzen tragen. Für eine Gleitfläche niedriger Reibung kann jede Litze 3^ beispielsweise aus einer gleichen kombinierten Mischung von Teflon-, Nomex- und Dacron-Fäden sein; benachbarte Litzen können statt dessen von unterschiedlicher Zusammensetzung sein, jedoch mit dem Endziel, daß die gewünschte Mischung an der Gleitfläche zur Verfügung steht. Wenn die vier Durchgänge nach rechts und die vier Durchgänge nach links beendet sind, die zum Bedecken des Domes (Fig. 4) und zum Tränken der so entstandenen Stoffschicht 11 erforderlich sind,

- 15 -

209826/087 1

2H7397

werden in der oben beschriebenen Weise die Verstärkungswicklungen aufgebracht; dies kann dadurch geschehen, daß der zum Teil bewickelte Dorn auf eine andere Maschine ähnlich der nach Fig. 3t gebracht wird, die für das Bewickeln mit Verstärkungsmaterial eingerichtet ist, oder es kann eine zweite Schlittenetage (oder ein zweiter Schlitten 24) mit der entsprechenden Ausrüstung für die Zulieferung von Verstärkungsmaterial vorgesehen sein, so daß für den ganzen Wickelaufbau die gleiche Maschine verwendet werden kann.

Wie ersichtlich, wird durch die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe gelöst und ein überlegenes Produkt unter geringem Kostenaufwand erzeugt. Die Erfindung bietet eine größere Anpassungsfähigkeit hinsichtlich Größe und Gestalt von Lagerelementen sowie der Garn- oder Litzenzusammensetzung in den verschiedenen Schichten. Die Gleitschichtlitzen können aus mehreren Polyfluorkohlenstofffäden bestehen, die mit Fäden aus einem oder mehreren mit harzbindefähigen Fasermaterialien verzwirnt ist. Der Ausdruck Polyfluorkohlenwasserstoffe schließt Polymerisate und Mischpolymerisate von äthylenisch ungesättigten, fluorhaltigen Monomeren wie Polytetrafluoräthylen, Amylidenfluorid, Chlortrifluoräthylen und Hexafluorpropylen ein. Das hervorstechende Merkmal dieser Polyfluorkohlenwasserstoffpolymerisate und -mischpolymerisate ist ihre niedrige Oberflächenenergie, die diesen Materialien selbstschmierende Eigenschaften verleiht, wenn sich diese in reibender oder gleitender Berührung mit harten Materialien, z.B. Metall, befinden. Der Polyfluorkohlenwasserstoff ist vorzugsweise Tetrafluoräthylen (Teflon). Derartige Polyfluorkohlenwasserstoff fasern sind nur schwer mit Harz zu binden; um daher eine Gleitschicht für ein Lager mit geeigneter Steifigkeit

209826/0 8 71

- 16 -

2H7397

zu schaffen, werden jene üblicherweise mit Fasern wie Baumwolle, Rayon, Dacron oder einem beliebigen der verschiedenen Nylonfasern verzwirnt, die mit Harz bindefähig sind. Wegen seiner Festigkeit ist hoch-temperaturfestes Nylon (Nomex) besonders zu bevorzugen; Notnex vermindert, wie oben angedeutet, nicht wesentlich die Betriebsfähigkeit unter niedriger Reibung, die dem Teflon zuzuschreiben ist, und gewährleistet, daß das Teflon in seiner Lage festgehalten wird. Die Verwendung von gebeiztem Teflongarn verbessert auch die Bindefähigkeit und die Lagebeständig- ψ keit des Teflons, und ein geeignetes derartiges Garn ist in 400/16/3 handelsüblich, wobei 400 die Denierzahl, 16 die Zahl der Einzelfäden und 3 die Zahl der Drehungen je Zoll bezeichnet.

Das härtbare Bindematerial kann ein Epoxydharz oder ein Phenolharz o.dgl. sein. Der Steigungswinkel ändert sich von Fall zu Fall, jedoch kann allgemein gesagt werden, daß die "Wicklungen in Umfangsrichtung" mit Steigungswinkeln im Bereich von 0 bis 10 , die Wicklungen mit großem Steigungswinkel mit Winkeln im Bereich von 30 bis 75° gewickelt werden. Es hat sich gezeigt, daß durch die Verschränkung der bei den Durchgängen in beiden Richtungen gelegten Fadenscharen solcher Wicklungen dem Endprodukt eine erhöhte Widerstandskraft gegen- Verformungen verliehen werden kann, ohne Rücksicht darauf, daß beim Abschneiden von einem langen, ausgehärteten Rohr oder einer Hülse Bruchteile von Windungen übrigbleiben.

Bei einem typischen Beispiel der Anwendung der Erfindung werden mehrere hülsenartige Lagerelemente 10 hergestellt, indem eine lange Hülse aus getränkten, mehrfachen Wicklungen nach folgenden Angaben aufgebaut und ausgehärtet wird:

- 17 -

209826/0871

2H7397

Länge der Hülse: Aufbauradius (H^ Dornradius

Gleitschicht 11

1020 mm (40 inches) der Hülse: 15 »6 mm (O.6I8 inch)

12,7 mm (θ,5 inch)

30$ Tetrafluoräthylen, #0 # Nomex, 0,457 mm (0,018 inch) Dicke Stützkörper "A": 381 ,um (0,015 inch)

(eine Schicht oder 5 Durchgänge), bei

45° Steigung
Stützkörper "B": 2,16 mm (0,085 inch) (zwei Schichten

oder 4 Durchgänge), in Umfangsrichtung gewickelt

Bindematerial: Epoxydharz, ausgehärtet und wärmestabilisiert

fertige Lager abgeschnitten in Abständen von 25^ mm (lOinches) fertige Lagerbreite nach Wunsch 12,7 bis 25^ mm (0,5

bis 10 inch)

Außenradius des fertig bearbeiteten Lagers (R„): 28,575+1^,288 mm (1,1250/2 + O.5625 inch).

Obwohl die Erfindung oben nur an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele des Lagerelementes sowie des Verfahrens und der Vorrichtung zu dessen Herstellung beschrieben wurde, sind natürlich Abwandlungen ohne Abweichen vom Erfindungsgedanken in mannigfaltiger Weise möglich.

Patentansprüche

- 18 -

209826/087 1

Claims

2H7397

- 18 Patentansprüche

ί 1.{Lagerelement von im allgemeinen rohrförmiger Gestalt ^~~^ mit einer konkaven Innenfläche und einer zu dieser im wesentlichen konzentrischen, kovexen Außenfläche, gekennzeichnet durch

(a) eine innere Gleitschicht, die aus verschränkten Garnlitzen gebildet ist, mit einerder Gestalt der Innenfläche des Lagers allgemein entsprechenden, rohrförmigen Ausbildung, wobei mindestens ein Teil

" der Litzen mehrere reibungsarme Fäden enthält,

die mit Fäden aus mindestens einem mit Harz bindefähigem Fasermaterial verzwirnt sind, und die die reibungsarmen Fäden enthaltenden Litzen derart angeordnet sind, daß mindestens einige der reibungsarmen Fäden an der inneren Lagerfläche zutage treten; und

(b) einen die Gleitschicht konzentrisch umgebenden, starren Stützkörper, dessen Innenfläche mit der Außenfläche der Gleitschicht haftend verbunden ist und aus einem ausgehärteten, härtbaren Harz besteht, in dem mehrere verschränkt gewickelte, mit Harz bindefähige Verstärkungsfaserschichten eingebettet sind, von denen mindestens einige schraubenförmig derart gewickelt sind, daß der Steigungswinkel mindestens einer der schraubenförmig gewickelten Schichten von dem einer anderen abweicht.

2. Lagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserschichten aus einer Schicht mit verhältnismäßig kleinem Steigungswinkel besteht,

- 19 -

209826/0871

die zu mehreren Schichten von verhältnismäßig großem Steigungswinkel im wesentlichen koaxial angeordnet und mit diesen verschränkt ist.

3. Lagerelement nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserschichten aus einer Schicht von verhältnismäßig großem Steigungswinkel bestehen, die zu mehreren Schichten mit verhältnismäßig kleinem

+
Steigungswinkel koaxial angeordnet und mit diesen

verschränkt ist.

4. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ι dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser eine Glasfaser ist.

5. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Epoxydharz ist.

6. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das reibungsarme Fadenmaterial Polytetrafluoräthylen ist.

7. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Harz bindefähige Pasermaterial ein Polyamid ist.

8. Lagerelement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid Poly-E-Caprolactam ist.

9. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht nur eine einzige Schicht aus ineinandergewebten Litzen ist.

- 20 + im wesentlichen

209826/0871

2H7397

10. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9» bei dem die innere Gleitschicht einen schraubenförmigen Wickel aus mehreren Litzen aus mit Harz bindefähigem Material und aus reibungsarmem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Wickelrichtung die Litzen nur auf einem Teil der Mantelfläche aufgelegt sind und in einem den ersteren Wickel überlappenden Wickel mit entgegengesetzter Wickelrichtung weitere Teile der Litzenanordnung auf einem verbleibenden Teil der Mantelfläche aufgelegt sind.

* 11, Fadenwickelmaschine für die Herstellung von Lagern o,dgl., gekennzeichnet durch

(a) einen Rahmen;

(b) einen Dorn mit Einrichtungen zum Lagern und drehenden Antreiben des Domes;

(c) eine Fadenzufuhreinrichtung;

(d) einen im wesentlichen parallel zur Dornachse an dem Rahmen geführten Schlitten, der die eine der Einrichtungen (b), (c), trägt, deren andere am Rahmen getragen ist;

(e) eine Längsvorschubeinrichtung für den Schlitten einschließlich eines Wechselgetriebesatzes mit

mehreren, wahlweise einstellbaren Übersetzungsverhältnissen zum Festlegen der Beziehung zwischen der Drehung des Domes und dem Längsvorschub des Schlittens;

wobei die Fadenzufuhreinrichtung zum Gruppieren von Fäden zu einer Schar von in der Längsrichtung in engen Abständen liegenden Fäden und zum Zuliefern dieser Schar von Fäden zu einem örtlich

+ begrenzten Teil des Mantels des Dornes aufweist; und

- 2 1 -

+ eine Fadenführungseinrichtung

209826/0871

2H7397

(f) eine Fadenbefeuchtungseinrichtung zum laufenden Aufbringen eines härtbaren Materials in flüssiger Phase auf die zugelieferten Fäden im Verlauf der Drehung des Domes und des Längs vor schubs des Schlittens unter deren Antrieb.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsvorschubeinrichtung eine durch die Beendigung eines Durchlaufs in einer gegebenen Richtung gesteuerte Einrichtung zum automatischen Umkehren der Durchlaufrichtung unter Beibehaltung des gewählten Übersetzungsverhältnisses des Getriebesatzes für beide Durchlaufrichtungen aufweist.

13. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsvorschubeinrichtung eine durch die Beendigung eines Durchlaufs in einer gegebenen Richtung gesteuerte und mit der Getriebeeinrichtung in Wirkverbindung stehende Einrichtung (a) zum automatischen Umkehren der Durchlaufrichtung und (b) zum Ändern des gewählten Übersetzungsverhältnisses aufweist.

14. Maschine nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daü die Längsvorschubeinrichtung eine durch die Beendigung des Durchlaufs in der umgekehrten Richtung gesteuerte Einrichtung zum automatischen abermaligen Umkehren der Durchlaufrichtung unter Beibehaltung des gewählten Übersetzungsverhältnisses des Getriebesatzes für die umgekehrte und für die abermals umgekehrte Durchlaufrichtung aufweist.

- 22 -

209826/0871

15· Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsvorschubeinrichtung eine Zähleinrichtung zum Zählen der Umkehrungen der Längsvors chubrichtung und zum Auslösen einer Änderung des gewählten Übersetzungsverhältnisses des Getriebesatzes bei Erreichen einer vorgegebenen Zahl der Richtungsumkehrungen aufweist,

16. Maschine nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet,

daß die Längsvorschubeinrichtung eine zweite Zählein-. richtung, die ebenfalls Richtungsumkehrungen des

Längsvorschubes zählt und bei Erreichen einer zweiten vorgegebenen Anzahl von Umkehrungen der Richtung des Längsvorschubes ein Ausgangssignal liefert, sowie eine Einrichtung aufweist, die bei Änderung der Übersetzungsverhältnisse in Tätigkeit tritt und die erste Zähleinrichtung abschaltet und die zweite Zähleinrichtung anschaltet, so daß die Bewicklung des Domes mit den zahlreichen Fäden einen vorherbestimmten, im wesentlichen konzentrischen Aufbau verschränkter Lagen aufweist, die mit unterschiedlichem Steigungswinkel gewickelt sind.

17. Verfahren zur Herstellung eines Lagerelementes von allgemein rohrförmiger Gestalt mit einer inneren konkaven Fläche und einer zu dieser im wesentlic hen konzentrischen, konvexen äußeren Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein hartes, längliches, zentrales Kernglied mit einer konvexen Mantelfläche der für die Innenfläche des Lagerelementes gewünschten Größe und Gestalt gewählt wird, der Mantel des Kerngliedes mit einem flexiblen Stoffmaterial niedriger Reibung

209826/087 1

2U7397

in Umfangerichtung bewickelt wird, über dieses Material in Schraubenlinien mehrere Litzen eines Verstärkungsmaterials aufgewickelt werden, an denen ein härtbares, flüssiges Bindeharzmaterial haftend anbringbar ist, daß die Wicklung in mehreren Durchläufen längs des Kerngliedes in beiden Längsrichtungen hergestellt wird, daß das Verstärkungsmaterial und das Stoffmaterial mit dem Bindematerial getränkt werden, so daß die Fasern des Stoffmaterials und des Verstärkungsmaterials in das härtbare Material eingebettet werden, und daß das härtbare Material ausgehärtet wird.

18. Verfahren zur Herstellung mehrerer Lagerelemente von im allgemeinen rohrförmiger Gestalt mit einer konkaven Innenfläche und einer zu dieser im wesentlichen konzentrisch angeordneten, konvexen Außenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dorn gewählt wird, dessen Länge größer ist als die Summe der in axialer Richtung gemessenen Breiten der gewünschten Anzahl von Lagerelementen und dessen Durchmesser dem gewünschten Durchmesser der Lagerinnenfläche entspricht, daß der Mantel des Domes mit flexiblem, reibungsarmem Stoffmaterial umhüllt wird, daß über dieses Material mehrere Litzen eines Verstärkungsmaterials schraubenförmig gewickelt werden, an dem ein härtbares, flüssiges Bindeharzmaterial haftend anbringbar ist, daß die Wicklung in mehreren Durchgängen längs des Domes in beiden Richtungen hergestellt wird, daß das Verstärkungsmaterial und das Stoffmaterial mit dem Bindematerial getränkt werden, so daß die Fasern des Stoffmaterials und des Verstärkungs-

- 2h -

209826/087 1

- 2h -

materials in härtbarem Material eingebettet sind, daß das härtbare Material ausgehärtet wird und daß von der gehärteten Masse getrennte Lagerelemente abgetrennt werden, indem diese in Radialebenen in Abständen, im wesentlichen entsprechend je einer Lagereinheit, zerschnitten wird.

19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickeln entlang von Schraubenlinien unter Anwendung unterschiedlicher Schraubensteigungswinkel in verschiedenen Wicke !durchgängen entlang des Domes " erzeugt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der eine Steigungswinkel einem verhältnismäßig kleinen Längsvorschub je Wickelwindung und der andere Steigungswinkel einem Längsvorschub je Wickelwindung entspricht,der im wesentlichen gleich dem Wickeldurchmesser der Windung ist.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel so gering ist, daß das Stoffmaterial im wesentlichen in Umfangsrichtung

k gewickelt wird, und daß der andere Steigungswinkel

so groß ist, daß er eine wesentliche Komponente des Widerstandes der Umhüllung aus Stoffmaterial gegen Längsdehnung bewirkt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgend aufgebaute Schichten des Verstärkungsmaterials in Gruppen von Durchgängen mit einem Steigungswinkel aufgebaut werden, die mit

- 25 -

209826/0871

2H7397

Gruppen von Durchgängen mit anderem Steigungswinkel abwe chs ein.

23· Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Litzen unter Zugspannung gewickelt werden.

Zh. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn eine gegenüber Harz nicht bindefähige Außenfläche aufweist.

25· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verstärkungslitzen sich beim Wickeln

entlang von Schraubenlinien in einer Anordnung mit geringen Längsabständen voneinander befinden.

26. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das reibungsarme Fadenmaterial ein gebeiztes Material ist.

209826/087 1