DE3823084C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelleitlager und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein solches Kugelgleitlager ist aus dem DE-GM 77 01 856 bekannt. Bei diesem bekannten Kugelgleitlager dient das metallische Ma­ schenelement zur Erhöhung der Belastbarkeit und der Betriebs­ dauer. Auf der Innenseite des Maschenelements des Büchsenkörpers ist eine Gleitflächenauflage aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften gebildet, damit der Büchsenkörper bei gerin­ gem Verschleiß und geringer Reibung gut auf dem Innenring zu gleiten vermag. Die Außenseite des Büchsenkörpers, wo das Ma­ schenelement keine Beschichtung aufweist, ist durch Planschlei­ fen oder dergleichen geglättet, und diese Außenseite des Büch­ senkörpers ist mit dem Innenumfang des Außenrings durch Löten, Kleben oder dergleichen starr verbunden.

Aus der DE 33 12 702 A1 ist ein Gleitlager bekannt, bei dem in einem Teilbereich der Innenwand ein Kunststoff-Lagerbett aus­ gebildet ist, in welche eine Schraubenfeder eingebettet ist. Durch diese Schraubenfeder soll verhindert werden, daß Kunststoff auf die Außenfläche des Innenrings aufgeschrumpft wird, da die Schrau­ benfeder radial nach außen wirkt.

Problematisch bei den hier in Rede stehenden Kugelgleitlagern ist die feste Verbindung zwischen dem Außenring und der Büchse. Weitere Probleme ergeben sich bei diesem Gleitlagern aus den beträchtlichen Temperaturen, die durch die nicht vernachläs­ sigbare Reibung zwischen dem Innenring und der Büchse entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgleitlager und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, bei dem eine erhöhte Bindungsfestigkeit zwischen der Büchse und dem Außen­ ring gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. Anspruch 5 angegebene Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelgleitlagern beißt sich das metallische Maschenelement in den Innenumfang des Außenrings ein, so daß hier eine innige und damit haltbare und feste Verbin­ dung zwischen diesen beiden Teilen vorhanden ist. Hierdurch wird außerdem die Festigkeit der Büchse selbst erhöht, so daß zwischen der Büchse einerseits und dem darin gleitenden Innenring anderer­ seits ein stets gleichbleibend schmaler Spalt aufrechter­ halten werden kann. Das verstärkende metallische Maschenelement, das in den Büchsenkörper eingebettet ist, bewirkt nicht nur die oben genannten Effekte, sondern hat außerdem die Wirkung, daß durch Gleitreibung entstehende Wärme durch das Maschenelement rasch abgeleitet wird. Eine Überhitzung des Büchsenkörpers wird also zuverlässig verhindert. Da das Maschenelement von dem Kunst­ stoff durchdrungen ist, kann auch nach sehr langer Lebensdauer das Gleitvermögen des Kugelgleitlagers noch in ausreichendem Maße gewährleistet werden, da auch nach Abrieb der Kunststoff­ schicht bis zu dem Maschenelement hin der eingebettete Kunst­ stoff ausreichend Schmierung bewirkt.

Da der Büchsenkörper aus Kunstharzmaterial in innigem Kontakt mit der Außenfläche des Innenrings gehalten wird, tritt kein schmelzflüssiges Metall zwischen den Innenring und den Büch­ senkörper ein, da sich das Maschenelement vor dem Gießen des Außenrings verformt. Wenn außerdem der Außenring, welcher nach Abkühlen und Härten geschrumpft ist, durch Aufbringen einer ra­ dial nach innen gerichteten Kraft gespreizt wird, spreizt sich der Innenumfang des Außenring entlang der Außenfläche des In­ nenrings auf, und das mit der Innenfläche des Außenrings ver­ bundene Maschenelemente expandiert um einen Abschnitt, in wel­ chem der Außenring aufgespeizt wurde. Da das Maschenelement expandiert wird, wird auch das Kunstharzmaterial des Büchsen­ körpers gestreckt, so daß ein gleichförmiger, sehr kleiner Spalt zwischen dem Büchsenkörper und der Außenfläche des In­ nenrings entsteht, und zwar über die gesamte Umfangsfläche des Innenrings.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vertikal-Schnittansicht einer ersten Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Kugelgleitlagers,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Verbindungsab­ schnitts zwischen einer Büchse und einem Außenring, die beide in Fig. 1 dargestellt sind,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der herausgenommenen Büchse,

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht des Lagers nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Vertikal-Schnittansicht des Innenrings,

Fig. 6A und 6B Ansichten eines später den Büchsenkörper bildenden, vorzubereitenden Streifenmaterials aus Kunstharz,

Fig. 7 eine Vertikal-Schnittansicht eines einzuziehenden Mündungsabschnitts des Kunstharzmaterials, mit wel­ chem der Innenring beschichtet ist,

Fig. 8 eine Vertikal-Schnittansicht des Innenrings, bei dem das Einziehen des Mündungsabschnitts abgeschlossen ist,

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht einer Spritzguß- Gießform, und

Fig. 10 eine schematische Vertikal-Schnittansicht des Lagers bei einer Spaltbildung nach dem Gießvorgang.

Fig. 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Kugelgleitlagers. In der Zeichnung hat ein Innenring 1 eine Außenfläche in Gestalt eines sphärischen Streifens. Der Innenring 1 steht über eine Büchse 2 in gleitendem Eingriff mit der Innenumfangs­ fläche eines Außenrings 3. Der Innenring 1 ist kugelig geformt und besitzt ein Durchgangsloch 4 zur Aufnahme eines Lagerzapfens. Das Durchgangsloch erstreckt sich in Richtung der Mittelachse des Innenrings.

Der Außenring 3 hat die Form eines flachen Zylinders. Seine innere Umfangsfläche hat sphärische Form mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der des Innenrings 1.

Die Büchse oder das Futter 2 ist ein zylindrischer Teil, welches zu der Form eines phärischen Streifens expan­ diert wurde, welcher zu der Konfiguration der Innen­ umfangsflächen des Außenrings 3 paßt. Die Büchse besteht aus einem Büchsenkörper 21 aus Kunstharz und einem me­ tallischen Maschenelement 22, was in diesem Büchsenkör­ per 21 eingebettet ist. Für den Büchsenkörper 21 wird ein einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisendes Kunstharzmaterial verwendet, das hinsichtlich Reibungs­ widerstand und auch hinsichtlich Wärmewiderstand her­ vorragend ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein Kunst­ harzmaterial auf Fluoridbasis verwendet, zum Beispiel ein Tetrafluorethylen-Harz. Dieses Material besitzt eine hohe Lastbeständigkeit und hohe Wärmeleitfähig­ keit außer den oben erwähnten Eigenschaften. Das Ma­ terial besitzt einen geringen Wärmeausdehnungkoeffizien­ ten. Ferner wird als Material für das Maschenelement 22 zum Beispiel Bronze, rostfreier Stahl oder dergleichen verwendet, ein Material, welches flexibel und starr ist.

Das Maschenelement 22 wird derart eingebettet, daß eine Gleitflächenseite S, die in Berührung mit dem Innenring 1 gebracht wird, einen dicken Kunstharzbereich aufweist, während die Seite, die den Außenring 3 berührt, dünn ausgebildet ist.

Die Innenfläche des Außenrings 3 wird in einem Zustand mit der Büchse 2 verbunden, in welchem die Innenfläche sich in das Innere der Maschen 22 a des Maschenelements 22 hineinfrißt.

Das Maschenelement 22 besteht aus Drähten, die an einem Saum zusammengeschweißt sind. Die Maschen können sich auch bei starker Belastung (4000 kg/cm² etwa) nicht lö­ sen, und das Maschenelement 22 bindet und hält die Kunstharzschicht fest, um deren Verformung oder Fließen zu verhindern. Ferner besitzt das Maschenelement 22 die Eigenschaft, rasch Wärme abzuleiten, die auf der Oberfläche des Lagers erzeugt wird.

Im folgenden wird anhand der Fig. 5-10 ein Verfahren zum Herstellen des Kugelgleitlagers mit der oben be­ schriebenen Konstruktion erläutert.

Zunächst wird nach Fig. 5 der Innenring 1 hergestellt, der nach dem Abschrecken oberflächenbearbeitet wird. Ein sphärischer Abschnitt 1 a wird geläppt.

Das Beschichten mit einem als blattförmiges Rundstück 5 ausgebildeten Büchsenkörpers aus Kunstharz wird anhand der Fig. 6-8 erläutert. Zunächst wird das aus Kunstharz bestehende Blattmaterial 5 vorab zu einer zylindrischen Form verarbeitet, wie sie in Fig. 6A zu sehen ist. Dann wird dieser Kunstharz-Büchsenkörper 5 zu runden Stücken vorbestimmter Breite ge­ schnitten, wobei die Breite einem zu überziehenden Ab­ schnitt auf dem Innenring 1 entspricht. Dieser Ab­ schnitt wird auf die Außenfläche des Innenrings 1 auf­ gebracht. Wie Fig. 7 zeigt, werden die beiden Endab­ schnitte des Büchsenkörpers 5 unter Verwendung von Preß­ formen 6 und 7 eingezogen, und nach Fig. 8 wird der Büchsenkörper 5 dazu gebracht, eng an der Außenfläche des Innenrings über dessen gesamten Umfang anzuliegen.

Nach Fig. 9 wird der Innenring 1 in eine Form 8 ge­ bracht und es erfolgt das Spritzgießen. Bei der Form 8 handelt es sich um eine geteilte Form, deren beide Teile durch eine senkrechte Linie Y definiert wird, die durch einen Mittelpunkt O des Innenrings 1 ver­ läuft und senkrecht zur Mittelachse X des Innenrings orientiert ist. Im Inneren der Form 8 ist eine leere Kammer 9 vorhanden, aus der der Außenring 3 entsteht, der um den Innenring 1 herumgeformt wird. Der Außen­ ring 3 entsteht, wenn schmelzflüssiges Metall aus einem mit der leeren Kammer 10 verbundenen Gießkanal. 10 ein­ gegossen wird.

Als Gußmaterial für den Außenring 3 kommen Zink (Schmelz­ punkt: 400° Celsius), Aluminium (Schmelzpunkt: 600° Cel­ sius) oder dergleichen in Betracht. Man beachte, daß nicht unbedingt eine spezielle Lagerlegierung als Ma­ terial für den Außenring 3 verwendet werden muß.

Da erfindungsgemäß das aus Kunstharz bestehende, dünne Rundstück 5 in engem Kontakt mit der Außenfläche des Innenrings 1 gebracht wird, was in einem Vorlauf-Prozeß geschieht, kann man zuverlässig verhindern, daß schmelz­ flüssiges Metall während des Gießvorgangs von den End­ abschnitten des Rundstücks 5 zur Seite des Innenrings 1 fließt.

Aufgrund der in dem Metall-Gußmaterial enthaltenen Wärme verschmelzen die Berührungsflächen des Kunstharz-Rund­ stücks 5 und der Schmelze durch Wärme, und das Metall tritt zwischen die Maschen 22 a des Maschenelements 22 ein, mit der Folge, daß das Rundstück fest an der inne­ ren Umfangsfläche des Außenrings 3 gebunden wird.

Nachdem das innere Schmelzmaterial ausgekühlt und ge­ härtet ist, wird die Form geöffnet und das Gußstück ent­ nommen.

Nach dem Entfernen des Gußstücks aus der Form 8 wird der geschrumpfte Außenring 3 gespreizt, indem auf seine Außenumfangsfläche eine externe Kraft aufgebracht wird, die radial nach innen gerichtet ist, wie aus Fig. 10 er­ sichtlich ist. Dadurch wird zwischen dem Rundling 5 und der Außenfläche des Innenrings ein sehr schmaler Spalt d gebildet. Die innere Fläche des Außenrings 3 wird nämlich durch die äußere Kraft gegen die Außen­ fläche des Innenrings 1 gepreßt, so daß die Innenfläche des Außenrings 3 entsprechend der äußeren sphärischen Oberfläche des Innenrings 1 aufgespreizt wird. Das mit der inneren Umfangsfläche des Außenrings 3 verbundene Maschenelement 22 wird durch den Abschnitt, in welchem der Außenring 3 gespreizt wird, expandiert, und der Kunstharz-Teil des Kunstharz-Rundstücks 5 wird eben­ falls durch das Spreizen des Maschenelements 2 aufge­ spreizt, so daß der sehr kleine Spalt d mit gleichför­ miger Breite zwischen dem Kunstharz-Rundstück 5 und der Außenfläche des Innenrings 1 über dessen gesamten Umfang gebildet wird.

Schließlich werden die äußere Umfangsfläche und die bei­ den Stirnflächen des Außenrings 3 beschnitten, um Grate und dergleichen zu entfernen, und mit einer Oberflächen­ bearbeitung wird das Teil fertiggestellt.

Bei dem so hergestellten Kugelgleitlager ist sicher­ gestellt, daß, weil sich die Maschen 22 a des Maschenelementes 22 der Büchse in das Metall des Außenringes 3 hineinfressen, das dünne aus Kunstharz bestehende Rund­ stück 5 nicht durch Druck oder Bewegung des Druckguß­ metalls versetzt wird, und so kann die Büchse 2 exakt an einer vorbestimmten Position des Außenrings 3 mit kleinstmöglicher Lagerabweichung gebildet werden. Da außerdem die Büchse 2 fest gebunden ist, besteht nicht die Möglichkeit, daß die Büchse 2 sich gegenüber dem Außenring 3 versetzt oder gar verdrängt wird durch Schärkräfte, die auf den Bindungsabschnitt einwirken, wenn das Kugelgleitlager bei hoher Geschwindigkeit und hoher Belastung eingesetzt wird.

Selbst wenn eine starke Last von dem Innenring 1 auf die Büchse 2 aufgebracht wird, wird diese nicht durch eine Druckbelastung zerbrochen, da sie durch das metalli­ sche Maschenelement 22 verstärkt ist. Außerdem wird eine Kriechverformung des Kunstharzteils durch das Ein­ bringen des Maschenglieds 22 verhindert.

Die auf der Lagerfläche im Betrieb erzeugte Reibungs­ wärme kann durch das metallische Maschenelement 22 zu dem Außenring hin entweichen, und so wird der Gleit­ abschnitt wirksam gekühlt. Wenn außerdem der Kunst­ harzabschnitt der Büchse 2 verschlissen wird und des­ halb das Maschenelement freiliegt, sind noch die Ma­ schen 22 a mit dem Kunstharzmaterial gefüllt, wirken die Kunstharz-Partikel in Pulverform innerhalb der Ma­ schen 22 a, so daß die Bindungsstärke wesentlich stär­ ker ist als in dem Fall, da man eine dünne Kunst­ harzplatte direkt auf den Außenring aufschmelzt, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Die erfindungs­ gemäße Maßnahme führt also zu einem zuverlässigen Kugelgleitlager. Da die Büchse selbst durch das Ma­ schenelement verstärkt wird, erhält man eine hohe Gesamtstärke bei hohem Belastungswiderstand. Da die auf der Lagerfläche im Betrieb erzeugte Wärme rasch über das Maschenelement zum Außenring abgeleitet wird, erhält man eine ausgezeichnete Kühlung des La­ gers. Selbst dann, wenn der Kunstharzteil der Büchse verschlissen ist, werden die in die Maschen des Ma­ schenelements eingebrachten Kunstharz-Pulverteilchen in Form eines Films über die gesamte Gleitfläche ver­ streut und dienen als Schmiermittel, so daß die Schmier­ fähigkeit bei hoher Lebensdauer des Lagers lange er­ halten bleibt.

Da das aus Kunstharz bestehende Blattmaterial auf die Umfangsfläche des Innenrings vor dem Gießen des Außen­ rings eng aufgebracht wird, kann man verhindern, daß Metallschmelze während des Gießens des Außenrings um die Seite des Innenrings herumfließt. Die Gleit­ flächen der Büchse und auch des Innenrings lassen sich also wirksam schützen, was die Zuverlässigkeit des Produkts erhöht. Wenn eine äußere Kraft auf den Außenring in radialer Richtung nach innen aufgebracht wird, ist es möglich, in Form eines Films als Schmier­ mittel über die gesamte Gleitfläche einen Auftrag beim Drehen des Innenrings zu verteilen, so daß das Lager eine hervorragende Selbstschmierfähigkeit besitzt.

Da der Spalt d zwischen der Büchse 2 und dem Innenring 1 dadurch gebildet wird, daß der Außenring 3 radial nach innen gedrückt wird und der Außenring 3 gespreizt wird, indem er gegen die äußere Umfangsfläche des Innenrings 1 belastet wird, erhält man eine gleichförmige Größe des Spalts über die gesamte Gleitfläche. Dadurch er­ reicht man eine glatte Bewegung des Innenrings 1, und da die Berührungsfläche groß ist, vermag das Lager hohe Lasten aufzunehmen, und zwar über lange Zeit hinweg. Ferner tritt kein partieller Verschleiß auf, so daß es möglich ist, ein Rattern des Lagers oder ähnliche un­ liebsame Erscheinungen zu vermeiden, die auf Teil-Ver­ schleiß zurückzuführen sind.

Die obige Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgleitlager (sphärisches Lager) mit einem zylin­ drischen Außenring, anwendbar ist die Erfindung jedoch auch bei einem Lager mit einem Stab, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, d.h. bei einem Stab­ kopflager.

Da die Büchse an einem Außenring gebunden wird, indem eine Büchse mit einem metallischen Maschenelement ver­ wendet wird, welches in der Büchse eingebettet ist, und indem man die innere Umfangsfläche des Außenrings in die Maschen gleichförmig einbettet, entsteht ein sehr schmaler Spalt zwischen dem aus Kunstharz gefer­ tigten Büchsenkörper und dem Innenring, so daß die glatte Bewegung des Innenrings gewährleistet ist. Da weiterhin der Innenring nicht in Teil-Berührung mit der Büchse gelangt, kann man große Berührflächen erhalten, die es ermöglichen, den Belastungswiderstand zu er­ höhen und das Erscheinen von Teil-Verschleiß zu verhin­ dern. Da außerdem der sehr kleine Spalt gleichförmig gebildet werden kann, kann man die Spaltgröße sehr klein machen. Dies resultiert in einer verbesserten Stoßwiderstandsfähigkeit und geringerem Spiel zwischen Innenring und Büchse. Man kann dadurch das Ansprech­ verhalten bei Kraftübertragungen verbessern, wenn das Kugelgleitlager z.B. bei einem Steuergestänge oder dergleichen verwendet wird.

Claims (5)

1. Kugelgleitlager, mit einem Außenring (2), einem im Inneren des Außenrings (3) gleitbar angeordneten Innenring (1), und einer Büchse (2; 5), die zwischen Außenring (3) und Innenring (1) ange­ ordnet ist und einen Büchsenkörper aus Kunstharz und ein in dem Büchsenkörper eingebettetes metallisches Maschenelement (22) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschenelement (22) teilweise in einen inneren Umfangsab­ schnitt des Außenrings (3) eingreift, wodurch ein fester Eingriff der Büchse (2) mit dem Außenring (3) erreicht wird.

2. Kugelgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Büchsenkörper aus einem Kunstharz mit ge­ ringem Reibungskoeffizienten und hervorragender Rei­ bungsbeständigkeit sowie Wärmebeständigkeit besteht, z.B. aus einem Kunstharz auf Fluoridbasis, während das metallische Maschenelement (22) aus Bronze oder rost­ freiem Stahl besteht.

3. Kugelgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metalli­ sche Maschenelement (22) derart in den Büchsenkörper eingebettet wird, daß der Büchsenkörper auf eine mit dem Innenring in Berührung kommenden Seite einen dünnen Abschnitt und an einer mit dem Außenring verbundenen Seite einen dicken Abschnitt aufweist.

4. Kugelgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Maschenelement aus verschweißten Drahtkomponenten besteht.

5. Verfahren zum Herstellen eines Kugelgleitlagers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Überziehen einer zu beschichtenden Außenfläche eines Innen­ rings mit einem aus Kunstharz bestehenden Büchsenkörper, Einbetten eines metallischen Maschenelements in dem Büchsen­ körper,
• - Anordnen des Innenrings in einer Form,
• - Bereitstellen von geschmolzenem Metall und Gießen des ge­ schmolzenen Metalls um den Büchsenkörper, mit welchem der Innenring beschichtet ist, um den Außenring zu formen,
• - Füllen von geschmolzenem Metall in Maschen des Maschenelements, um so den Büchsenkörper an dem Außenring zu binden, und
• - Pressen des Außenrings gegen eine Außenfläche des Innenrings und Aufspreizen des Außenrings durch Aufbringen einer nach innen ge­ richteten radialen externen Kraft auf den Außenring eines aus der Form entnommenen Gußstücks nach dem Abkühlen und Aushärten, um so einen sehr schmalen Spalt zwischen dem mit dem Innenumfang des Außenrings verbundenen Büchsenkörper und der Außenfläche des Innenrings zu bilden.