DE2258355A1 - Wartungsfreie gelenklager mit einem aussenmantel aus thermoplastischem kunststoff und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Wartungsfreie gelenklager mit einem aussenmantel aus thermoplastischem kunststoff und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2258355A1 DE19722258355 DE2258355A DE2258355A1 DE 2258355 A1 DE2258355 A1 DE 2258355A1 DE 19722258355 DE19722258355 DE 19722258355 DE 2258355 A DE2258355 A DE 2258355A DE 2258355 A1 DE2258355 A1 DE 2258355A1
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Description

FARBWERKE HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
vormals Meister Lucius & Brüning 7 2583 SS
Aktenzeichen - HOE 72/F 368 u. H
Datum: 28. November 1972 - DPh.HS/sch
Wartungsfreie Gelenklager mit einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft wartungsfreie Gelenklager, die aus einem metallischen Innenring und einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Im Maschinenbau werden als'-Konstruktionselement Gelenklager, wie Gelenkstangenköpfe und Kugelgelenklager, benötigt. Dabei wird Wert auf eine wartungsfreie Lagerung gelegt, die außerdem ein möglichst gutes Reib- und Verschleißverhalten aufweisen soll. In besonderen Fällen sind darüberhinaus korrosionsbeständige Lagerungen erforderlich. Neben den dafür maßgeblichen Werkstoffeigenschaften der Gleitpartner ist u. a. auch das Lagerspiel von wesentlicher Bedeutung für die Lebensdauer des Lagers.
Es ist bekannt, daß Gleitpaarungen von Metallen mit gewissen thermoplastischen Kunststoffen ein besonders günstiges Reib- und Verschleißverhalten haben. Dieses kann durch gewisse Zusätze im Kunststoff, wie Graphit, Kreide, Molybdändisulfid, sehr hochmolekulares Polyäthylen sowie Polytetrafluoräthylen oder viskose Schmiermittel, noch verbessert werden. Auch eine Einmalschmierung bei der Montage des Lagers kann wesentlich zur Verbesserung der Lagereigenschaften beitragen.
Die Kunststoffe zeichnen sich- bekanntlich durch hohe Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit aus. In Kombination mit einem metallischen Gleitpartner entsprechender Beständigkeit erhält man damit
ORIGINAL INSPECTED
HOE 72/F 368 MI
Lagerungen, die auch in aggresiven Medien funktionstüchtig sind.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung solcher Gelenklager aus einem metallischen Innenring und einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff oder anderen Werkstoffen verwendet zwei Lagerschalen, die mit dem eingesetzten Innenring in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt werden. Die hauptsächlichen Nachteile dieses Verfahrens sind auf den hohen Spritzdruck beim Umspritzen der Lagerschalen, auf die beim Abkühlen des Außenmantels auftretenden Schrumpfungen und innere Spannungen sowie auf den großen Arbeits- und Zeitaufwand der Fertigung zurückzuführen. Der hohe Spritzdruck und die abkühlungsbedingten Schrumpfungen und inneren Spannungen können das Lagerspiel und die Belastbarkeit des Gelenklagers beeinträchtigen.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Gelenklagern mit einer Lagerschale aus thermoplastischem Kunststoff, einem Innenring und einem Außenmantel aus Metall besteht darin, die erhitzten Metallteile in fluidisierte Kunststoffpulver zu tauchen (DAS 1 915 330). Dabei schmilzt der Kunststoff und bildet nach Erkalten eine Lagerschale zwischen Innenring und Außenmantel. Hierdurch ist nur eine begrenzte Haftung des Kunststoffes auf dem Metall erreichbar, wodurch die axiale Belastbarkeit des Lagers vergleichsweise gering ist. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die Lagerschale dadurch zuOilden, daß man zwischen Innenring und Außenmantel Kunststoffschmelze einspritzt und erstarren läßt (DOS 2 058 970). Die vorausgehend beschriebenen Nachteile treffen auch für nach diesem Verfahren hergestellte Gelenklager zu.
Es bestand daher die Aufgabe,,Gelenklager mit einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff ohne die beschriebenen Nachteile und ein Verfahren zur Herstellung solcher Lager zu entwickeln.
Es wurde gefunden, daß man wartungsfreie Gelenklager aus einem metallischen Innenring und einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff wirtschaftlich und mit einstellbarem Lagerspiel herstellen kann, wenn man den Außenmantel aus zwei Teilen, einer
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Matrize (1) mit einer inneren Kugelschicht (11) und zwei daran anschließenden stufenförmig abgesetzten Zylinderflächen (13, 15) und einer Patrize (2), mit einer inneren Kugelschicht (21) und einer Außenfläche aus drei stufenförmig abgesetzten Zylinderflächen (23, 25, 27), dadurch bildet, daß man die Teile nach Einsetzen des Innenrings mittels Ultraschall im Bereich der mittleren Zylinderflächen (13, 25) und der daran nach außen anschließenden Stirnflächen (14, 26) miteinander verschweißt. Das gewünschte Lagerspiel wird durch die Begrenzung des Sonotrodenvorschubs eingestellt; Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist ferner, daß die innere Zylinderflache der Patrize einen Zentrieransatz bildet, damit die Teile versatzfrei miteinander verschweißen. Das Verschweißen mittels Ultraschall setzt ferner voraus, daß die mittlere Zylinderfläche der Patrize (25) gegenüber der entsprechenden Matrizenabmessung (13) ein Übermaß aufweist, während die äußere Zylinderfläche der Patrize (27) gegenüber der entsprechenden Matrizenabmessung (15) ein Untermaß haben soll. Als Übergang von der inneren zur mittleren Zylinderfläche der Patrize (25) wird zweckmäßig eine Fase (24) vorgesehen. Das diametrale Übermaß der mittleren Zylinderfläche der Patrize (25) soll 0,2 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,8 mm betragen. Bedjzu kleinem Übermaß erhält man eine unzureichende Verschweißung, die eine ungenügende axiale Belastbarkeit des Lagers zur Folge hat. Ein zu großes Übermaß überfordert die Plastifizierleistung der Schweißmaschine, woraus eine unwirtschaftlich lange Schweißdauer oder ein ungenügender Sonotrodenvorschub resultieren kann.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, Gelenklager aus einem metallischen Innenring und einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff dadurch herzustellen, daß man eine Matrize (1), die eine innere, bis höchstens zur Matrizenmitte reichende Kugelschicht (11) und zwei größere, an den größeren Durchmesser der Kugelschicht anschließende, über zwei Stirnflächen (12, 14) stufenförmig abgesetzte Zylinderflachen (13, 15) aufweist, mit einer Patrize (2), die eine innere Kugelschicht (21) und eine stufenförmig abgesetzte Außenfläche mit drei Zylinderflächen (23, 25, 27) sowie zwei Stirnflächen (22, 26)
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und einer Fase (24) aufweist, wobei die innere Zylinderfläche einen Zentrieransatz bildet und den Fasenübergang (24) zur mittleren Zylinderfläche (25) hat, und ferner die mittlere Zylinderfläche der Patrize (25) gegenüber der entsprechenden Matrizenabmessung (13) ein Übermaß und die äußere Zylinderfläche der Patrize (27) gegenüber dei/entsprechenden Matrizenabraessung (15) ein Untermaß hat, nach Einlegen des Innenrings mittels Ultraschall in an sich bekannter Weise im Bereich der mittleren Zylinderflächen (13, 25) und der daran nach außen angrenzenden Stirnflächen (14, 26) verschweißt, wobei man das gewünschte Lagerspiel durch die Begrenzung des Sonotrodenvorschubs einstellt.
Dabei erhält man ferner zwischen der inneren Matrizenstirnfläche (12) und der Patrizenstirnflache (22) eine Ringnut (3) am Xquator der Kugelschicht, die mit einer nach außen führenden Bohrung (4) verbunden ist und mit Schmiermittel gefüllt werden kann.
Das Gelenklager besteht demnach aus einem metallischen Innenring und einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff, dessen Außenmantel aus zwei Teilen zusammengeschweißt ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel aus einer Matrize (1), die eine innere, bis höchstens zur Matrizenmitte reichende Kugelschicht (11) und zwei größere, an den größeren Durchmesser der Kugelschicht anschließende, über zwei Stirnflächen (12, 14) stufenförmig abgesetzte Zylinderflächen (13, 15) hat, und einer Patrize (2), die eine innere Kugelschicht (21) und eine stufenförmig abgesetzte Außenfläche mit drei Zylinderflächen (23, 25, 27) sowie zwei Stirnflächen (22, 26) und einer Fase (24) hat, wobei die innere Zylinderfläche (23) ein Zentrieransatz ist, durch eine Schweißverbindung im Bereich der mittleren Zylinderflächen (13, 25) und der daran nach außen anschließenden Stirnflächen von Matrize (14) und Patrize (26) gebildet ist.
Die Figuren zeigen das erfindungsgemäße Lager in beispielsweiser Ausführung.
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Fig. 1 zeigt eine Matrize.
Fig. 2 zeigt eine Patrize.
Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäß zusammengeschweißten Außenmantel des Lagers.
In den Figuren und der Beschreibung bedeuten:
1 Matrize
11 innere Kugelschicht der Matrize
12, 14 Stirnflächen der Matrize
13, 15 Zylinderflächen der Matrize
2 Patrize
21 innere Kugelscliicht der Matrize
22, 26 Stirnflächen der Patrize
23, 25, 27 Zylinderflächen der Patrize
24 Fasenübergang zwischen den Zylinderflächen 23 und 25
3 Ringnut am Äquator der Kugelschicht
4 Bohrung
5 Ringnut, durch das Untermaß der äußeren -Zylinder!"lache 27 der Patrize bedingt,
6 metallischer Innenring
7 Gelenkstange.
Aus der Vielzahl der bekannten thermoplastischen Kunststoffe kommen aufgrund von Festigkeit, Gleitverhalten und Verschweißbarkeit hauptsächlich die Polyacetale und die Polyamide in Betracht. Da die Polyacetale sich durch eine geringere Wasseraufnahme auszeichnen, die eine bessere Dimensionsstabilität zur ' Folge hat, werden sie für die erfindungsgeräßen Gelenklager bevorzugt. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit kann man Polyacetale mit einer Kugeleindruckfestigkeit von mindestens 1200 kp/cm , gemessen nach DIN 53 456", verwenden, die als Füllstoff bis zu 10 Gewichtsprozent Kreide enthalten. Für die Serienherstellung werden die Teile des Außenmantels am wirtschaftlichsten durch Spritzgießen hergestellt.
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Bei Einzelanfertigungen kann man die Teile aus Rohlingen spanend herausarbeiten.
Beispiel:
Für ein Gelenklager mit einem Innenring aus Stahl, Durchmesser des Innenrings 25, 40 mm, wurden eine Matrize und eine Patrize aus Rohlingen aus Polyacetal, Schmelzindex MFI 190/2 = 9 g/10 min,
ο gemessen nach*DIN 53 735, Kugeleindruckhärte 1560 kp/cm , geraessen nach DIN 53 456, spanend herausgearbeitet. Die beiden Teile hatten folgende Abmessungen:
Matrize
Patrize
Durchmesser der Kugelschicht Höhe der Kugelschicht
Durchmesser der inneren Zylinderfläche
Höhe der inneren Zylinderfläche
Durchmesser der mittleren Zylinderfläche
Höhe der mittleren Zylinderfläche
Durchmesser der äußeren Zylinderfläche Höhe der äußeren Zylinderfläche Fasenabschrägung
Außendurchmesser des Außenmantels
25,40 mm
6,0 mm
4,0 mm
36,0 mm
4,00 mm
42,00 mm
25,40 mm 6,0 mm
29,00 mm 28,90 mm
1,0 mm 29,80 mm
2,5 mm
35,5 mm 2,5 mm
45 °
Der Innenring wurde in die Matrize eingesetzt und dann die Patrize mit den Zentrieransatz in die Matrize gesteckt.
Die so zusammengesetzten Teile wurden mittels einer handelsüblichen Ultraschall-Schweißmaschine bei einem Schweißdruck von
5,6 kp/cm und einer Frequenz von 20 kll bei einer Nennleistung von 0,6 kW verschweißt. Der Sonotrodenvorschub wurde so eingestellt, daß ein Lagerspiel von 0,03 mm resultierte. Die Schweißdauer betrug 2 Sekunden.
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Als Kriterium für die Güte der Verschweißung wurde die axiale Belastbarkeit des Gelenklagers in einer Zerreißmaschine geprüft. Es wurde eine Bruchlast von 400 kp gemessen.
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Claims (6)

HOE 72/F 368+H Pat entansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von Gelenklagern aus einem metallischen Innenring und einem aus zwei Teilen zusammengeschweißten Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Matrize (1), die eine innere, bis höchstens zur Matrizenmitte reichende Kugelschicht (11) und zwei größere, an den größeren Durchmesser der Kugelschicht anschließende, über zwei Stirnflächen (12, 14) stufenförmig abgesetzte Zylinderflächen (13, 15) aufweist, mit einer Patrize (2), die eine innere Kugelschicht (21) und eine stufenförmig abgesetzte Außenfläche mit drei Zylinderflächen (23, 25, 27) sowie zwei Stirnflächen (22, 26) und einer Fase (24) aufweist, wobei die innere Zylinderfläche (23) einen Zentrieransatz bildet und den Fasenübergang (24) zur mittleren Zylinderfläche (25) hat, die mittlere Zylinderfläche (25) gegenüber der entsprechenden Matrizenabmessung (13) ein Übermaß und die äußere Zylinderfläche (27) gegenüber der entsprechenden Matrizenabmessung (15) ein Untermaß aufweist, nach Einlegen des metallischen Innenrings mittels Ultraschall im Bereich der mittleren Zylinderflächen (13, 25) und der daran nach außen anschließenden Stirnflächen (14, 26) verschweißt, wobei das geforderte Lagerspiel durch die Begrenzung des Sonotrodenvorschubs eingestellt wird.
2. Gelenklager bestehend aus einem metallischen Innenring und einem Außenmantel aus thermoplastischem Kunststoff, dessen Außenmantel aus zwei Teilen zusammengeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel aus einer Matrize (1), die eine innere, bis höchstens zur Matrizenmitte reichende Kugelschicht (11) und zv/ei größere, an den größeren Durchmesser der Kugelschicht anschließende, über zwei Stirnflächen (12, 14) stufenförmig abgesetzte Zylinderflächen (13, 15) hat und einer Patrize (2), die eine innere Kugelschicht (21) und eine stufenförmig abgesetzte Außenfläche mit drei Zylinderflächen (23, 25, 27) sowie zwei Stirnflächen (22, 26) und einer Fase (24) hat, wobei die innere Zylinderfläche (23) ein Zentrieransatz ist, durch eine Schweißverbindung im Bereich der mittleren
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Zylinderflächen (13, 25) und der daran nach außen anschließenden Stirnflächen von Matrize (14) und Patrize (26) gebildet ist.
3. Gelenklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengeschweißten Teile des Außenmantels zwischen der inneren Matrizenstrinflache (12) und der Patrizenstirnflache (22) eine Ringnut (3) aufweisen, die mit einer nach außen führenden Bohrung (4) verbunden ist.
4. Kugelgelenklager nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (3) mit einem Schmiermittel gefüllt ist.
5. Kugelgelenklager nach Anspruch 2 bis 4S dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel aus einem Polyacetal mit einer Kugeleindruckhärte, gemessen nach DIN 53 456, von mindestens 1200
ο
kp/cm besteht.
6. Kugelgelenklager nach Anspruch 2 bis 55 dadurch gekennzeichnet, daß das Pplyacefal als Füllstoff "bis 10 Gewichtsprozent Kreide enthält.
7» Kugelgelenklager nach Anspruch 2 bis S„ dadurch gekennzeichnet, daß der- Außenmantel aus spritzgegossenen Teilen besteht»
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4«
Le e rs e i t e
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