DE602004010253T2

DE602004010253T2 - Herstellungsverfahren eines hybridverbundzapfenlagers

Info

Publication number: DE602004010253T2
Application number: DE602004010253T
Authority: DE
Inventors: Dai Gil Lee; Hyoung Geun 108-103 Dael KIM; Seong Su Kim; Kyung Kun 404-301 Hwas Suwon-si BANG
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: JP2007500834A; DE602004010253D1; CN101220834A; CN101220834B; CN101220835A; JP4247274B2; US20100218377A1; US7757403B1; KR100612615B1; US20100230037A1; ES2297422T3; US8028416B2; WO2004105457A3; WO2004105457A2; CN100412397C; EP1629213A2; CN1816702A; EP1629213B1; CN100585205C; KR20040099122A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers.
Stand der Technik
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lageranordnung ausgerüstet mit Gleitlagern, welche Öl als Schmiermittel verwenden. Wie in 1 dargestellt, weist die Lageranordnung einen Wellenzapfen 130 und einen festen Teil 120 auf. Der Wellenzapfen 130, welcher zur Kraftübertragung dient, wird durch die Gleitlager 110 unterstützt. Die Gleitlager 110 sind an dem aus Metall hergestellten festen Teil 120 befestigt. Dadurch wird in den Gleitlagern 110 erzeugte Wärme über die Gleitlager 110 zu dem festen Teil 120 geleitet. Steigt die Temperatur des Schmieröls in den Gleitlagern 110 an, wird die Viskosität des Öls reduziert, wodurch ein Abbrechen des Schmierfilms hervorgerufen werden kann. Um daher ein Abbrechen des Ölfilms zu vermeiden, stellt die Wärmeleitfähigkeit jedes einzelnen Gleitlagers 110 eine sehr wichtige Eigenschaft einer Lageranordnung dar.
Ferner, wenn der Wellenzapfen 120 beginnt zu rotieren oder aufhört zu rotieren, wird nicht genügend Druck erzeugt, um den Wellenzapfen mittels eines Schmierölfilms zu unterstützen, so dass grenzwertige Schmierzustände entstehen, wie, dass jeder Teil eines Gleitlagers 110 in direktem Kontakt mit dem Wellenzapfen 130 steht. Wenn unter den grenzwertigen Schmierzuständen auf Grund des Kontaktes zwischen dem Wellenzapfen 130 und den Gleitlagern 110 die Gleitlager 110 brechen oder beschädigt werden, stellen der Reibungskoeffizient und die relative Härte zwischen dem Wellenzapfen 130 und den Gleitlagern 110 wichtige Faktoren für die Eigenschaften der Lageranordnung dar. Wird der Wellenzapfen 130 im Bereich des grenzwertigen Schmierzustandes betrieben, kann die Oberfläche des Wellenzapfens 130 auf Grund des Kontaktes zwischen dem Wellenzapfen 130 und den Gleitlagern 110 beschädigt werden. Zudem wird die Viskosität des Schmieröls durch die Erzeugung von Wärme auf Grund des Kontaktes zwischen dem Wellenzapfen 130 und einem Gleitlager 110 reduziert. Ferner wird die Kapazität der Lagerbelastung eines Gleitlagers 110 reduziert, so dass es unerwüschterweise zu einer Anhaftung eines Gleitlager 110 an dem Wellenzapfen 130 kommen kann, was zu einer Reibverschweißung des Gleitlagers 110 an dem Wellenzapfen 110 führen kann. Währenddessen, wenn eine überhöhte Last auf das Gleitlager 110 wirkt oder die Viskosität des Schmieröls reduziert ist, wird der Ölfilm dünn, so dass die obern beschriebenen Probleme auftreten können.
Um daher den rotierenden Wellenzapfen 130 schützen zu können und um die auf Grund der Reibung zwischen dem Wellenzapfen 130 und einem Gleitlager 110 verursachte Erzeugung von Wärme reduzieren zu können, muss das Gleitlager 110 aus einem Material hergestellt sein, welches eine geringere Härte als der Wellenzapfen und einen geringeren Reibungskoeffizienten und einen höhere Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist.
Üblicherweise wird ein Weißmetall als Material für die Außenlage eines Gleitlagers verwendet. Die Außenlage wird auf die innere Oberfläche des einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Metallgehäuses laminiert. Das Weißmetall ist eine Legierung, welche Zinn, Blei, Antimon und Kupfer enthält, und die oben genannten Erfordernisse für ein Gleitlager erfüllt. Jedoch weist Weißmetall die nachfolgend beschriebenen Probleme auf. Da Weißmetall eine Art Metall ist, kann es unerwünschterweise vorkommen, dass das Weißmetall an dem aus Metall hergestellten Wellenzapfen auf Grund des Schmelzens anhaftet, was dann hervorgerufen wird, wenn des Weißmetall des Gleitlagers in direkten Kontakt mit dem Wellenzapfen tritt, wodurch es zu einem Anstieg der Temperatur kommt. Ist der Wellenzapfen hingegen aus einem Nichtmetall hergestellt, beispielsweise aus einem Verbundwerkstoff, kann, wenn Reibung zwischen dem Gleitlager und dem Wellenzapfen auftritt, der Wellenzapfen auf Grund der verhältnismäßig höheren Härte des Weißmetalls brechen oder beschädigt werden.
In der DE-A-2016746 wird ein Gleitlager offenbart, welches alleine aus einem glasfaserverstärkten Phenol-Verbundwerkstoff hergestellt wird, der einen geringeren Reibungskoeffizienten und eine relativ geringe Härte aufweist. Jedoch ist solch ein Gleitlager lediglich aus einem Verbundwerkstoff hergestellt, so dass eine größere Dicke des Gleitlagers erforderlich ist. Auf Grund der erhöhten Dicke verschlechtern sich die physikalischen Eigenschaften während des Aushärtens des Verbundwerkstoffes. Ferner wird, während das Gleitlager in Betrieb ist, das Öl von dem Verbundwerkstoff absorbiert, was zur Folge hat, dass die Maßgenauigkeit reduziert wird, wodurch das Gleitlager nicht mehr gleichmäßig angetrieben wird. Dies kann ein Brechen oder eine Beschädigung des Gleitlagers hervorrufen. Zudem, da der Verbundwerkstoff das Öl während des Betriebes des Gleitlagers absorbiert, wird der Schmierfilm während des Betriebes des Gleitlagers zerstört oder der Ölfilm wird dünner, so dass es zu einer starken Beschädigung des Gleitlagers kommen kann.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers zur Verfügung zu stellen, mittels dessen es möglich ist, eine Reibverschweißung des Wellenzapfens an der Lageranordnung zu verhindern.
Technische Lösung
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers zur Verfügung mit einem Metallgehäuse, welches an einen festen Teil einer Lageranordnung befestigt ist und einen Wellenzapfen der Lageranordnung derart unterstützt, dass der Wellenzapfen rotieren kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: wickeln eines mehrlagigen Prepregs auf einen Dorn unter verschiedenen Laminierwinkeln, wobei die Außenfläche des Dorns mit einem Trennmittel beschichtet ist; einbringen des mit dem mehrlagigen Prepreg umwickelten Dorns in das Metallgehäuse und anschließend entfernen des Dorns aus dem Metallgehäuse; einhüllen des mehrlagigen Prepregs und des Metallgehäuses mit einem Vakuumbeutel; anlegen eines Vakuums in dem Innern des Vakuumbeutels, so dass der mehrlagige Prepreg in einen engen Kontakt mit einer Innenfläche des Metallgehäuses gebracht wird; und einbringen des Metallgehäuses zusammen mit dem mehrlagigen Prepreg in einen Autoklav, aushärten des mehrlagigen Prepregs und anschließend entfernen des Vakuumbeutels.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers zur Verfügung mit einem Metallgehäuse, welches an einem festen Teil einer Lageranordnung befestigt ist und einen Wellenzapfen der Lageranordnung derart unterstützt, dass der Wellenzapfen rotieren kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: wickeln eines mehrlagigen Prepregs unter verschiedenen Laminierwinkeln auf einen thermisch dehnbaren Dorn; einbringen des mit dem mehrlagigen Prepreg umwickelten Dorns in das Metallgehäuse, und einbringen des Metallgehäuses zusammen mit dem Dorn in einen Autoklav, um den Dorn thermisch auszudehnen, so dass der mehrlagige Prepreg aushärtet, während dieser in engem Kontakt mit einer Innenfläche des Metallgehäuses ist; und entfernen des Domes aus dem Metallgehäuse, welches aus dem Autoklav entfernt wird.
Ferner stellt die Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers zur Verfügung mit einem Metallgehäuse, welches an einem festen Teil einer Lageranordnung befestigt ist und einen Wellenzapfen der Lageranordnung derart unterstützt, dass der Wellenzapfen rotieren kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: abdecken jeder der beiden gegenüberliegenden Seiten einer mit einem Faserpreform und einer Folie versehenen Verstärkungseinheit mit einer Abdeckung, und einbringen der Verstärkungseinheit in ein Metallgehäuse, und aushärten der Verstärkungseinheit in dem Metallgehäuse mittels einer Hilfseinheit; einleiten von Druckluft in die Folie, so dass der Faserpreform in engen Kontakt mit der Innenfläche des Metallgehäuses gebracht wird; einspritzen eines Harzes in die Verstärkungseinheit, so dass der Faserpreform mit dem Harz imprägniert wird; und zuführen von warmer Luft in die Folie zum Harten des mit Harz imprägnierten Faserpreforms, und entfernen der Hilfseinheit und der Abdeckung von dem Metallgehäuse, so dass eine Verbundeinheit geformt wird.
Beschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebene und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine gemäß der Erfindung hergestellte Lageranordnung;
2 eine perspektivische Ansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 2;
4 eine Schnittansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers;
5 und 6 Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers gemäß 2 mittels eines Simultan-Aushärtungsprozesses gemäß der Erfindung;
7 eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweiseden Gleitlagers gemäß 2 mittels eines Aufklebeprozesses gemäß der Erfindung;
8 eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers gemäß 2 mittels eines Harz-Transferpressprozesses gemäß der Erfindung;
9 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers gemäß der Erfindung und
10 eine Schnittansicht eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers gemäß 9.
Form der Erfindung
Nunmehr wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, wobei in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um die gleichen oder ähnlichen Bauteile zu kennzeichnen.
2 zeigt gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine perspektivische Ansicht eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 2 und in 4 ist eine Schnittansicht eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform gezeigt.
Wie in den 2 bis 4 dargestellt, weist das einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisende Gleitlager 210 ein Metallgehäuse 211 und eine Außenlage 212 aus einem Verbundwerkstoff auf. Das Metallgehäuse 211 ist wiederum über eine äußere Oberfläche an dem Gleitlagersystem befestigt und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 ist an einer inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 mit einer einheitlichen Dicke laminiert, wodurch erreicht wird, dass die Reibung zwischen dem Gleitlager 210 und dem Wellenzapfen der Lageranordnung minimiert wird.
Das Metallgehäuse 211 ist, auf die gleiche Art und Weise wie das Gleitlager 110 in 1, an einem festen Teil 120 des Gleitlagersystems befestigt. Für die äußere Oberfläche des Metallgehäuses 211 ist es nicht erforderlich eine kreisrunde Form wie in den 2 bis 4 aufzuweisen. Es ist wichtig, dass das Metallgehäuse 211 mittels des festen Teils 120 befestigt ist, wohingegen die Form der äußeren Oberfläche des Metallgehäuses 211 nicht entscheidend ist. Jedoch sollte das Innere des Metallgehäuses 211 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, da der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Wellenzapfen in dem Metallgehäuse 211 rotierbar gelagert ist. Daher kann anstelle des erfindungsgemäßen Metallgehäuses 211 auch ein Gehäuse für ein handelsübliches Gleitlager verwendet werden. Ferner ist das Metallgehäuse 211 vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie Gusseisen, einer Aluminiumlegierung und/oder einem Lagermetall, hergestellt, so dass die durch die Rotation des Wellenzapfens erzeugte Wärme leicht an das feste Teil abgeführt werden kann.
Im Hinblick auf die Merkmale des Verbundwerkstoffes weist die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 eine geringere Harte auf als ein handelsüblicher Wellenzapfen aus Metall, aber es weist trotzdem die gleiche Harte wie ein Wellenzapfen aus einem Verbundwerkstoff auf. Es ist möglich für die Herstellung der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 verschiedene Arten von Fasern und verschiedene Arten von Harzen zu verwenden. Zum Beispiel kann das Material der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 aus einem karbonfaserverstärkten Phenol- Verbundwerkstoff, welcher Karbonfasern und Phenolharz enthält, aus einem karbonfaserverstärkten Epoxyd-Verbundwerkstoff, welcher Karbonfasern und Epoxydharz enthält, aus einem glasfaserverstärkten Epoxyd-Verbundwerkstoff, welcher Glasfasern und Epoxydharz enthält, einem glasfaserverstärkten Polyester-Verbundwerkstoff, welcher Glasfasern und Polyesterharz enthält, usw., ausgewählt werden.
Von den oben genannten Verbundwerkstoffen ist die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 vorzugsweise aus einem karbonfaserverstärkten Phenol-Verbundwerkstoff, welcher Karbonfaser und Phenolharz enthält, hergestellt. Da der karbonfaserverstärkte Phenol-Verbundwerkstoff Karbonfasern mit ausgezeichneten Schmierungseigenschaften enthält, können durch den karbonfaserverstärkten Phenol-Verbundwerkstoff Beschädigungen des Wellenzapfens, hervorgerufen durch direkten Kontakt zwischen dem Wellenzapfen und Verbundwerkstoff-Außenlage 212, reduziert werden. Zudem weist die Karbonfaser eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die üblicherweise verwendeten Glassfasern auf, so dass die Karbonfaser effizient die durch die Rotation des Wellenzapfens erzeugte Wärme über das Metallgehäuse 211 zu dem festen Teil des Lagersystems übertragen kann, wodurch die Wärmeleitfähigkeit des Gleitlagers 210 verbessert wird.
Vorzugsweise ist die Verbundwerkstoff-Außenlage mit einer relativ dünnen Dicke auf die innere Oberfläche des Metallgehäuses 211 laminiert. Dadurch wird mit der Verbundwerkstoff-Außenlage erreicht, dass eine Reibverschweißung zwischen dem Wellenzapfen und dem Gleitlager 210 vermieden werden kann. Ist die Verbundwerkstoff-Außenlage dünner, wird der Einsatz an teuren Karbonfasern minimiert, so dass die Kosten für den karbonfaserverstärkten Verbundwerkstoff reduziert werden können. Ferner verhindert die dünne Verbundwerkstoff-Außenlage, dass Öl unerwünschterweise absorbiert wird, wodurch Änderungen in der Dimension reduziert werden können.
Das Gleitlager 210 ist derart aufgebaut, dass die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 auf der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 mit einer einheitlichen Dicke angeordnet ist. Erfindungsgemäß kann die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 des Gleitlagers 210 konische Bereiche 213 aufweisen, welche von einer Innenseite zu einer Außenseite der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 konisch zulaufend ausgebildet sein können. Die Ausbildung von konischen Bereichen 213 an der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Gleitlager 210 an einem groß-formatigen Wellenzapfen zum Einsatz kommt, beispielsweise bei Wellenzapfen für Schiffe, welche auf Grund des eigenen Gewichts durchbiegen können. Auf Grund der Durchbiegung eines Wellenzapfens ändert sich der Spalt zwischen dem Wellenzapfen und dem Gleitlager 210 und zudem ändert sich die durch die Rotation des Wellenzapfens auftretende Druckverteilung. Wenn der Grad der Durchbiegung des Wellenzapfens groß ist, werden daher unter Berücksichtigung der Durchbiegung des Wellenzapfens die konischen Bereiche 213 an den sich gegenüberliegenden Seiten der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 angeordnet, wodurch verhindert werden kann, dass die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 auf Grund der Durchbiegung des Wellenzapfens während der Rotation des Wellezapfens in Oberflächenkontakt mit dem Wellenzapfen treten kann.
Ferner ist vorzugsweise bei dem erfindungsgemäß hergestellten Gleitlager vorgesehen, dass, wie in 4 gezeigt, ein Weißmetall mit einem ausgezeichneten Deformationsverhalten an jedes Ende des Metallgehäuses 211 laminiert ist, so dass die sich gegenüberliegenden Enden des Gleitlagers 210 gemäß dem Grad der Durchbiegung des groß-formatigen Wellenzapfens, hervorgerufen durch dessen eigenes Gewicht, deformiert werden. Daher wird die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 auf einen großen Bereich der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 laminiert, wohingegen das Weißmetall 214 auf die äußeren Enden des Metallgehäuses 211 laminiert werden, so dass diese auf Seiten der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 angeordnet sind.
Das Verfahren eines wie oben beschrieben ausgebildeten einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers wird nachfolgend näher dargelegt.
In 5 und 6 werden Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mittels eines Simultan-Aushärtungsprozesses gezeigt. Wie 5 und 6 zeigen, wird das einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisende Gleitlager mittels eines Simultan-Aushärtungsprozesses hergestellt.
Wie in 5 dargestellt, ist ein mehrlagiges Prepreg 222 unter verschiedenen Laminierwinkeln, wie 0°, 90°, etc., um einen Dorn, 224 welcher mit einem Trennmittel beschichtet ist, gewickelt. Anschließend wird der Dorn 224, um welchen das mehrlagige Prepreg 222 gewickelt ist, in das Metallgehäuse 211 eingebracht. Danach wird der Dorn 224 wieder aus dem Metallgehäuse 211 entfernt. Anschließend werden das mehrlagige Prepreg 222 und das Metallgehäuses 221 mit einem Vakuumbeutel 223 eingehüllt, so dass der Vakuumbetel 223 in engen Kontakt mit der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 ist. Danach wird Vakuum im Bereich des Vakuumbeutels 223 angelegt, so dass der mehrlagige Prepreg 222 in engen Kontakt mit der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 tritt. In diesem Zustand wird das Metallgehäuse 211 in einen Autoklav eingebracht und eine bestimmte Zeit lang ausgehärtet. Anschließend wird der Vakuumbeutel 223 wieder entfernt. Auf diese Art und Weise wird die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 auf die innere Oberfläche des Metallgehäuses 211 laminiert, wodurch das Formen eines erfindungsgemäßen einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers abgeschlossen wird.
Wie ferner in 6 gezeigt, ist der mehrlagige Prepreg 222 unter verschiedenen Laminierwinkel, wie 0°, 90°, etc., um einen Dorn 225, welcher aus einem Material mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Silikongummi, hergestellt ist, gewickelt. In diesem Fall ist ein Trennmittel auf dem Dorn 225 aufgebracht. Anschließend wird der Dorn 225, um welchen das mehrlagige Prepreg 222 gewickelt ist, in das Metallgehäuse 211 eingebracht. Danach wird das Metallgehäuse 211 mit dem Dorn 225 in einem Autoklav platziert und eine bestimmte Zeitdauer lang ausgehärtet. Dabei dehnt sich der Dorn 225 thermisch aus, so dass der mehrlagige Prepreg 222 aushärtet, während dieser in engem Kontakt mit der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 ist. Ist der Aushärtungsprozess abgeschlossen, wird das Metallgehäuse 211 mit dem Dorn 335 aus dem Autoklav herausgenommen und der Dorn 225 wird aus dem Metallgehäuse 211 entfernt. Auf diese Art und Weise wird der mehrlagige Prepreg auf die innere Oberfläche des Metallgehäuses 211 laminiert, wodurch das Formen eines erfindungsgemäßen einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers 210 abgeschlossen wird.
7 zeigt ein nicht gemäß dieser Erfindung verwendetes Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mittels eines Aufklebeprozesses. Wie in 7 gezeigt, kann das einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisende Gleitlager 210 mittels des Aufklebepreozesses hergestellt sein. Das heißt, wenn es schwierig ist, das einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisende Gleitlager mittels eines Co-Aushärtungsprozesses herzustellen, das ausgehärtete mehrlagige Prepreg 212 zur Herstellung des einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers 210, wie in 7 gezeigt, mittels eines Klebstoffs 226 mit der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 verbunden werden kann. Der Klebstoff 226 kann dabei aus einem Epoxydmittel, einem Epoxydmittel enthaltend ein Elastomer, einen Cyanacrylat-Klebstoff, einem Polyurethan-Klebstoff, etc., ausgewählt werden.
In 8 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mittels eines Harz-Transferpressprozesses gezeigt. Wie in 8 dargestellt, kann das einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisende Gleitlager 210 mittels des Harz-Transferpressprozesses hergestellt sein. Das heißt, das erfindungsgemäße Gleitlager weist eine Verstärkungseinheit mit Abdeckungen 243 und Hilfseinheiten 245 auf. Die Verstärkungseinheit umfasst einen Faserpreform 241 und eine elastische Folie 242. In bestimmten Bereichen der Abdeckungen 243 sind Lufteinlasskanäle 244 vorgesehen. In dem eine Hilfseinheit 245 jeweils einen Harzeinlasskanal 246 und einen Luftauslasskanal 247 aufweist, stützen die Hilfseinheiten 245 die Verstärkungseinheit und die Abdeckungen 243 gegenüber dem Metallgehäuse 211. Das Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mittels des Harz-Transferpressprozesses wird wie nachfolgend dargelegt ausgeführt.
Zunächst werden beide Enden der Verstärkungseinheit, welche den Faserpreform 241 und die Folie 242 aufweisen, mit den Abdeckungen 243 abgedichtet. Gleichzeitig wird ein O-Ring 248 an einer außen umlaufenden Oberfläche jeder Abdeckung 243 angebracht, wodurch der Spalt zwischen der Folie 242 und der Abdeckung 243 abgedichtet wird. Anschließend wird die Verstärkungseinheit in dem Metallgehäuse 211 positioniert und die Abdeckungen 243 werden mittels der Hilfseinheiten 245 an dem Metallgehäuse 211 befestigt.
Als nächstes wird über den Lufteinlasskanal 244 Druckluft in die Folie 242 eingebracht, so dass die Folie 242 in engen Kontakt mit dem Faserpreform 241 gebracht wird, wodurch verhindert wird, dass die Verstärkungseinheit beim Einbringen in das Metallgehäuse 211 zerknittert oder verdreht wird. Ferner wird durch die Zufuhr von Druckluft erreicht, dass der Faserpreform 241 in engen Kontakt mit der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 gebracht wird.
Anschließend, nachdem der Druck in der Folie eliminiert wurde, wird über den Harzeinlasskanal 246, welcher an einer bestimmten Position an einer der Hilfseinheiten 245 angeordnet ist, Harz in den Faserpreform 241 eingespritzt, so dass der Faserpreform 241 mit dem Harz imprägniert wird. Dabei ist es vorteilhaft, Phenolharz als Matrix für den Verbundwerkstoff zu verwenden. Um den für den Harztransfer benötigten Druck reduzieren zu können, kann das Harz auf ungefähr 60°C erwärmt werden, so dass dessen Viskosität, bevor es in den Faserpreform 241 eingebracht wird, reduziert wird. Nach dem Einspritzen des Harzes in den Faserpreform 241 wird mittels eines mit einem Erhitzer ausgestatteten Kompressors heiße Luft in die Folie 242 eingebracht, wodurch die Folie mit Druck beaufschlagt wird. Dabei ist die Verstärkungseinheit in engen Kontakt mit der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 211 und zudem werden in dem Faserpreform 241 verbleibende Luftblasen über einen Luftauslasskanal 247 entfernt, so dass das Harz allmählich aushärten kann. Gleichzeitig wird eine Vakuumpumpe an den Luftauslasskanal 247 angeschlossen, um ein Vakuum zu bilden, welches es erlaubt, dass der Faserpreform 241 gleichmäßig mit dem Harz imprägniert wird und die Luftblasen effizient aus dem Faserpreform 241 entfernt werden, wodurch ein hoher Fasergehalt pro Volumen erhalten bleibt.
Nachdem der Faserpreform 241 imprägniert wurde, wird das Harz ausgehärtet, so dass die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 in das Metallgehäuse 211 eingebracht werden kann. Die Hilfseinheiten 245 und die Abdeckungen 243 werden von dem Metallgehäuse 211 entfernt, so dass das Formen eines erfindungsgemäßen einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers 210 abgeschlossen wird. Falls notwendig, kann die Folie 242 entfernt werden.
Das Verfahren zur Herstellungen eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mittels des Harz-Transferpressrozesses kann zum Reparieren oder zum wieder in Einsatz bringen eines üblicherweise verwendeten Gleitlagers angewendet werden. Zum Beispiel wird die Verbundwerkstoff-Außenlage mittels des Harz-Transferpressprozesses in dem Metallgehäuse gebildet, ohne dass das Metallgehäuse von dem an dem festen Teil, wie bei einem Schiff, befestigten Gleitlager entfernt werden muss, so dass es möglich ist, das Gleitlager zu reparieren. Somit ist das Verfahren zur Herstellung des Gleitlagers mittels des Harz-Transferpressprozesses für die Insitu-Reparatur eines Gleitlagers für ein großes Schiff, welches für eine lange Zeitdauer genutzt wird, geeignet.
Bei dem wie oben beschriebenen erfindungsgemäß hergestellten einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers 210 ist, wie in 1 gezeigt, das Metallgehäuse 211 an dem festen Teil 120 befestigt und der Wellenzapfen 130 ist in der Verbundwerkstoff- Außenlage 212 eingesetzt. Dabei befindet sich zwischen der Verbundwerkstoff-Außenlage 212 und dem Wellenzapfen 130 ein Schmierölfilm 111.
Bei dem wie oben beschriebenen aufgebauten einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers 210 ist die Verbundwerkstoff-Außenlage 212 auf die innere Oberfläche des Metallgehäuses 211 laminiert, so dass die Reibung zwischen dem Gleitlager 210 und dem Wellenzapfen 233 reduziert wird und verhindert wird, dass eine Reibverschweißung zwischen dem Gleitlager 210 mit dem Wellenzapfen 233 entstehen kann.
9 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers und 10 zeigt eine Schnittansicht eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers gemäß 9.
Wie in den 9 und 10 dargestellt, wird, wenn es schwierig ist, einen Verbundwerkstoff auf das Gleitlager aufzubringen, der Verbundwerkstoff-Prepreg auf einen Bereich des Wellenzapfens 233, an dem das Gleitlager befestigt ist, laminiert und anschließend ausgehärtet, so dass die Verbundwerkstoff-Außenlage 232 gebildet wird. Danach wird die Verbundwerkstoff-Außenlage 232 in dem Metallgehäuse 211 positioniert, wodurch das Formen eines erfindungsgemäßen einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers 210 abgeschlossen. Gleichzeitig wird zwischen der Verbundwerkstoff-Außenlage 232 und dem Metallgehäuse 231 ein Schmierölfilm 234 zur Verfügung gestellt.
Wird das einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisende Gleitlager, wie in 9 und 10 gezeigt, hergestellt, wird der Reibungskoeffizient zwischen dem Gleitlager und dem Wellenzapfen 233 reduziert und ferner wird eine Reibverschweißung zwischen dem Gleitlager und dem Wellenzapfen verhindert.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung stellt ein einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisendes Gleitlager zur Verfügung, welches im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen ein Weißmetall in ein Metallgehäuse gegossen wird oder ein dicker glasfaserverstärkter Phenol-Verbundwerkstoff mit einer Presspassung versehen wird, mittels eines relativ einfachen Verfahrens, wie dem Co-Aushärtungsprozess oder dem Harz-Transferpressprozess, hergestellt werden kann, wodurch das Herstellungsverfahren vereinfacht wird und die dafür notwendigen Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hiermit für Veranschaulichungszwecke offenbart sind, weiß ein Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Zusätze möglich sind, ohne dabei von dem Umfang der Offenbarung, welche in den dazugehörigen Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mit einem Metallgehäuse, welches an einen festen Teil einer Lageranordnung befestigt ist und einen Wellenzapfen der Lageranordnung derart unterstützt, dass der Wellenzapfen rotieren kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: wickeln eines mehrlagigen Prepregs auf einen Dorn unter verschiedenen Laminierwinkeln, wobei die Außenfläche des Dorns mit einem Trennmittel beschichtet ist; einbringen des mit dem mehrlagigen Prepreg umwickelten Dorns in das Metallgehäuse und anschließend entfernen des Dorns aus dem Metallgehäuse; einhüllen des mehrlagigen Prepregs und des Metallgehäuses mit einem Vakuumbeutel; anlegen eines Vakuums in dem Innern des Vakuumbeutels, so dass der mehrlagige Prepreg in einen engen Kontakt mit einer Innenfläche des Metallgehäuses gebracht wird; und einbringen des Metallgehäuses zusammen mit dem mehrlagigen Prepreg in einen Autoklav, aushärten des mehrlagigen Prepregs und anschließend entfernen des Vakuumbeutels.
Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mit einem Metallgehäuse, welches an einem festen Teil einer Lageranordnung befestigt ist und einen Wellenzapfen der Lageranordnung derart unterstützt, dass der Wellenzapfen rotieren kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: wickeln eines mehrlagigen Prepregs unter verschiedenen Laminierwinkeln auf einen thermisch dehnbaren Dorn; einbringen des mit dem mehrlagigen Prepreg umwickelten Dorns in das Metallgehäuse, und einbringen des Metallgehäuses zusammen mit dem Dorn in einen Autoklav, um den Dorn thermisch auszudehnen, so dass der mehrlagige Prepreg aushärtet, während dieser in engem Kontakt mit einer Innenfläche des Metallgehäuses ist; und entfernen des Domes aus dem Metallgehäuse, wobei der Dorn aus dem Autoklav entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers mit einem Metallgehäuse, welches an einem festen Teil einer Lageranordnung befestigt ist und einen Wellenzapfen der Lageranordnung derart unterstützt, dass der Wellenzapfen rotieren kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: abdecken jeder der beiden gegenüberliegenden Seiten einer mit einem Faserpreform und einer Folie versehenen Verstärkungseinheit mit einer Abdeckung, und einbringen der Verstärkungseinheit in ein Metallgehäuse, und aushärten der Verstärkungseinheit in dem Metallgehäuse mittels einer Hilfseinheit; einleiten von Druckluft in die Folie, so dass der Faserpreform in engen Kontakt mit der Innenfläche des Metallgehäuses gebracht wird; einspritzen eines Harzes in die Verstärkungseinheit, so dass der Faserpreform mit dem Harz imprägniert wird; und zuführen von warmer Luft in die Folie zum Härten des mit Harz imprägnierten Faserpreforms, und entfernen der Hilfseinheit und der Abdeckung von dem Metallgehäuse, so dass eine Verbundeinheit geformt wird.
Verfahren zur Herstellung eines einen Hybrid-Verbundwerkstoff aufweisenden Gleitlagers nach Anspruch 3, wobei das Verfahren folgende weitere Schritte aufweist: anschließen einer Vakuumpumpe an einen Innenbereich der Verstärkungseinheit, um Luft aus dem Innern der Verstärkungseinheit effizient entfernen zu können, während der Folie die warme Luft zugeführt wird.