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Gelenklager mit einer PTBE-Gleitfläche
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und Verfahren zur Erzeugung dieser Gleitfläche Die Erfindung betrifft
ein Gelenklager mit Kugelstück und Aussenkörper, bei dem die Gleitfläche zumindest
des Aussenkörpers aus einer PTFE-Schicht gebildet ist. Weiterhin befasst sich die
Erfindung mit einem Verfahren zur Erzeugung der Gleitfläche auf den Lagerflächen
des Gelenklagers.
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Gelenklager bestehen aus einem inneren, in der Regel gehärteten und
geschliffenen Kugelstück und aus einem Aussenkörper, dessen Lagerfläche entsprechend
hohlkugelig gestaltet ist.
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Es ist bereits bekannt, die eigentliche Gleitfläche des Aussenkörpers
aus einem Kunststoffteil auszubilden, das unmittelbar in den Aussenteil durch eine
Bohrung hindurch bei eingesetztem Kugelstück eingespritzt ist. Diese Herstellungsart
ist jedoch bei Verwendung von Polytetrafluoräthylen (PTFE) nicht anwendbar, da dieser
Kunststoff nicht thermoplastisch formbar
ist. PTFE ist jedoch bereits
seit langer Zeit aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften, insbesondere
aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten in Reibungspaarungen mit Metall,
der bevorzugte Kunststoff zur Herstellung von Lagerflächen. Es sind deshalb auch
Gelenklager bekannt, bei denen die Lagerfläche des Aussenkörpers durch eine PUBE-Schicht
gebildet ist. Diese PTFESchicht wird in der Weise erzeugt, dass zunächst in den
auf seiner Innenseite noch zylindrischen Aussenkörper ein dünner Hohlzylinder aus
PTFE sowie das bereits fertig geschliffene Kugelstück eingesetzt werden. Anschliessend
wird der Aussenkörper von seinen Stirnseiten her fliesspressverformt, , so dass
seine Innenfläche sich der Kugelform des Kugelstückes anpasst.
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Bei diesem Fliesspressvorgang wird der PlFE-Hohlzylinder entsprechend
mitverformt und ist dadurch fest in dem Aussenkörper gehalten.
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Diese Herstellungsart fiir Gelenklager ist jedoch sehr aufwendig und
die so hergestellten Gelenklager sind entsprechend teuer.
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Bei den herkömmlichen Konstruktionen von Gelenklagern, bei denen ein
Zusammenbau von Kugelstück und Aussenkörper nach deren Herstellung möglich ist,
war die Anordnung einer PTFE-Gleitfläche bisher nicht möglich. Diese bekannten Konstruktionen
sehen beispielsweise sogenannte gesprengte Lager vor, bei denen der Aussenkörper
an einer Sollbruchstelle aufgesprengt wird, um ihn zum Zweck der Einführung des
fertigen Kugelstückes genügend aufweiten zu können, oder sogenannte einführbare
Lager, bei denen der Aussenkörper an diametral gegenüberliegenden Stellen seiner
Innenfläche eine Einfuhrnut für das Kugelstückenthält.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenklager mit PTPE-Gleitfläche
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung vorzuschlagen, das die Anwendung der bekannten
Montageprinzipien erlaubt und folglich erheblich billiger als die bisher auf dem
Markt
befindlichen Gelenklager mit PTFE-Gleitfläche ist. Erfindungsgemäss wird das dadurch
erreicht, dass die die Gleitfläche bildende PTFE-Schicht auf die Lagerfläche des
Kugelstückes und/oder des Aussenkörpers aufgebrannt und dadurch mit dieser flächig
verbunden ist.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass auch bereits relativ
dünne PgFE-Schichten auf den Lagerflächen der Gelenklager eine ausreichende Tragfähigkeit
vermitteln, ohne einem vorzeitigen Verschleiss zu unterliegen. Die vorteilhaften
Eigenschaften des PTFE, insbesondere das günstige Reibungsverhalten bleiben dabei
voll gewahrt. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird das PAUSE in Form einer
Dispersion auf die Lagerflächen des Kugel stücks und/oder des Aussenkörpers aufgespritzt
und anschliessend bei einer Temperatur von etwa 4000 0 gebrannt. Man erhält dadurch
gleichmässig dicke P?FE-Schichten mit einer Dicke von 50 Mikron und mehr. Dadurch
ist es möglich, die Lagerflächen des Kugelstückes und/oder des Aussenkörpers von
vornherein mit den richtigen Abmessungen-gegebenenfalls unter Berücksichtigung der
PTZE-Schichtdicke - herzustellen und anschliessend die PTFE-Schicht aufzubringen.
In dieser Form kann der Aussenkörper eines Gelenklagers wieder entsprechend der
bekannten Vorgangsweise an einer Sollbruchstelle gesprengt oder vor oder nach der
Beschichtung mit einer Einführungsnut für das Kugelstück versehen werden.
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PTFE-Dispersionen, die im Rahmen des Verfahrens zur Erzeugung des
erfindungsgemässen Gelenklagers anwendbar sind, sind im Handel z.B. unter der Handelsbezeichnung
"Hostaflon" der Firma Hoechst erhältlich. Diese Dispersionen lassen sich mit herkömmlichen
Spritz- oder Sprüheinrichtungen, z.B. Spritzpistolen verarbeiten und gleichmässig
auftragen. Sie erfordern anschliessend ein Brennen bei einer Temperatur von etwa
4000, um die hinreichende Verfestigung zu einer einheitlichen PUFE-Schicht zu erfahren.
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Die Haftung der PUFE-Schicht auf den Lagerflächen lässt sich
dadurch
verbessern, dass vor dem Aufspritzen des P?RE die Lagerflächen aufgerauht, z.B.
sandgestrahlt werden.
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Das Spritz- oder Sprühbeschichten der Lagerflächen des Gelenklagers
mit PUBE ist die einfachste Vorgangsweise zum Aufbringen der Schicht. Es können
aber im Prinzip auch andere herkömmliche Beschichtungsverfahren eingesetzt werden,
mit denen es möglich ist, PUFE-Dispersionen gleichförmig auf gewölbte Grundflächen
aufzutragen.
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Da bei dem erfindungsgemässen Gelenklager die PUFE-Schicht flächig
und innig mit der Lagerfläche verbunden ist, verhält sich die P?BE-Schicht materialkonformmit
dem Grundmaterial des Aussenkörpers und/oder des Kugelstückes. Deshalb kann auch
ein bereits beschichteter Aussenkörper noch vor dem Einbau des Kugelstücks an der
Sollbruchstelle gesprengt oder spanabhebend mit einer Einführungsnut versehen werden.
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Der Herstellungspreis erfindungsgemässer Gelenklager liegt etwa 40
% unter demjenigen der eingangs geschilderten Gelenklager, bei denen der Aussenkörper
zusammen mit dem PTFE-Hohlzylinder an das Kugelstück 11angeformt11 wird. Bei rostfreien
Stählen ist das Verhältnis sogar noch günstiger, da diese infolge ihrer höheren
Festigkeiten und schlechterer Fliessverhältnissebesondere Sorgfalt bei der Durchführung
des geschilderten bekannten Anform-Verfahrens erfordern.
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Die Vorteile, die das erfindungsgemässe Gelenklager und das Verfahren
zur Erzeugung der Gleitfläche darin mit sich bringen, werden aus der nachfolgenden
Gegenüberstellung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen
zeigen: Fig. 1 rein schematisch die Vorgangsweise bei der Erzeugung der Gleitfläche
nach den bekannten 1'Anform"-Verfahren, und
Fig. 2, 3 Stirnansicht
und Axialschnitt durch ein Gelenklager nach der Erfindung mit Einführungsnut fiir
das Kugelstück, wobei jeweils nur ein Quadrant dargestellt ist.
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Nach dem eingangs geschilderten bekannten Verfahren wird ein bereits
fertig gehartetes und geschliffenes Kugelstück 1 in einen noch rohen hohizylindrischen
Aussenkörper 2 eingesetzt, der an seiner Innenwand einen dünnen Hohlzylinder aus
PTFE trägt. Wie durch Pfeile angedeutet ist, werden dann auf den Aussenkörper 2
stirnseitig hohe Verformungskräfte ausgeübt, die dazu führen, dass sich der Aussenkörper
2 zusammen mit dem PTFE Hohlzylinder 3 in die mit 4 bezeichneten Leerräume hineinverformt
und an seiner Innenseite eine zur Lagerfläche des Kugelstückes 1 komplementäre kugelform
annimmt. Bei diesem bekannten Verfahren muss zur Erzielung der notwendigenFormgenauigkeit
der Lagerfläche des Aussenkörpers 2 grosse Sorgfalt aufgewendet werden und es ist
ein duktiles Material, das sich leicht fliesspressverformen lässt, enorderlich.
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Der Aussenkörper 2' des erfindungsgemässen Gelenklagers gemäss den
Figuren 2, 3 kann bereits vor dem Einführen des nicht dargestellten Kugel stückes
fertig bearbeitet werden. Die PUFE-Schicht 3', die auf der Lagerfläche des Aussenkörpers
2' vorgesehen ist, ist durch Aufspritzen einer PUFE-Dispersion und anschliessendes
Brennen bei einer Temperatur von etwa 4000 C erzeugt. Die Dicke der PTFE-Schicht
3i beträgt angenähert 50 Mikron. Sie ist aus Gründen der deutlicheren Darstellung
in Fig. 3 übertrieben dick gezeichnet. Der Aussenkörper 2' weist von seiner einen
Stirnseite 5 ausgehende diametral gegenüberliegende Einführungsruten 6 auf, die
es erlauben, das zugehörige Kugelstück in bekannter Weise in den Aussenkörper 2
einzuführen Die Breite der Einführungsnutzen 6 entspricht der Breite des Kugelstückes
(vgl Fig. 1)o
Die Vorrichtung zum Aufbringen der PTFE-Schicht 3'
auf die Lagerfläche des Aussenkörpers 2' braucht hier nicht im einzelnen erläutert
zu werden, da es sich dabei um herkömmliche Spruhvorrichtungen handelt, die das
Versprühen von Dispersionen ermöglichen.
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Die PUFE-Schicht 3' ist aufgrund des Aufspritzens und des nachfolgenden
Brennens flächig und innig mit der Lagerfläche des Aussenkörpers 2' verbunden. Durch
ein vorangehendes Sandstrahlen vor dem Aufspritzen der PTFE-Dispersion wird die
Haftung verbessert.
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Der erfindungsgemässe Vorschlag ermöglicht es erstmals, ein Gelenklager
mit einem Aussenkörper 2' gemäss den Figuren 2 und 3 zu erzeugen, der eine Gleitfläche
aus PGFE aufweist, jedoch in an sich bekannter Weise den nachträglichen Zusammenbau
des bereits fertigen Aussenkörpers mit dem Kugelstück erlaubt.
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Anstelle der Einführungsnuten 6 kann der Aussenkörper 2' auch eine
Sollbruchstelle aufweisen, an der er nach der Beschichtung gesprengt- wird. Das
Kugelstückwird dann in den elastisch aufgeweiteten Aussenkörper eingeführt.
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L e e r s e i t e