DE102010007791B4

DE102010007791B4 - Verfahren zur Herstellung eines Gelenklagers und Gelenklager

Info

Publication number: DE102010007791B4
Application number: DE201010007791
Authority: DE
Inventors: Thomas Krause
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-02-13
Also published as: DE102010007791A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gelenklagers (1), bestehend aus einem Innenring (2) mit einer im Radialschnitt konvexen Außenumfangsfläche (3) und einem Außenring (4) mit einer im Radialschnitt konkaven Innenumfangsfläche (5), wobei zwischen der Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) und der Innenumfangsfläche (5) des Außenrings (4) ein radiales Spiel (s) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Herstellen des Innenrings (2) als einstückiges Bauteil; b) Aufbringen eines Abstandshalters (6) zumindest auf einen Teil der Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2), wobei der Abstandshalter (6) zumindest über einen Teil seiner Erstreckung eine gleichmäßige Dicke (d) aufweist; c) Platzieren des Innenrings (2) samt Abstandshalter (6) in ein Spritzgießwerkzeug und Anspritzen des Außenrings (4) oder zumindest eines Teils desselben aus einem spritzgießfähigem Material, wobei die Innenumfangsfläche (5) des Außenrings (4) durch die radial außenliegende Begrenzungsfläche des Abstandshalters (6) definiert wird; d) Nach dem Aushärten des Materials des...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenklagers, bestehend aus einem Innenring mit einer im Radialschnitt konvexen Außenumfangsfläche und einem Außenring mit einer im Radialschnitt konkaven Innenumfangsfläche, wobei zwischen der Außenumfangsfläche des Innenrings und der Innenumfangsfläche des Außenrings ein radiales Spiel vorliegt.
Gelenklager dieser Art sind im Stand der Technik bekannt. Ein Problem besteht darin, dass die beiden Lagerringe infolge der sphärischen Ausbildung der Kontaktfläche zwischen Innenring und Außenring nicht durch axiales Aufschieben des Außenrings auf den Innenring montiert werden können, was durch den Hinterschnitt in axiale Richtung bedingt ist.
Bekannt ist es daher, zumindest einen der Lagerringe zweiteilig zu gestalten, so dass das Montageproblem gelöst ist. Allerdings geht dies mit einem entsprechenden Fertigungsaufwand einher.
Bekannt ist es auch, die beiden Lagerringe durch Spritzgießen in situ zu fertigen. Um das benötigte Lagerspiel zu erzeugen, wird für den Außenring ein anderes Kunststoffmaterial als für den Innenring eingesetzt, und zwar in der Weise, dass das abkühlungsbedingte Schwindungsverhalten unterschiedlich ist. Damit kann erreicht werden, dass sich beim Abkühlen infolge unterschiedlich starker Schwindung das Lagerspiel ergibt, wozu der Lagerinnenring aus dem Kunststoffmaterial mit der größeren Schwindung gespritzt wird.
Nachteilig ist allerdings, dass dies zwingend die Verarbeitung zweier unterschiedlicher Kunststoffe erforderlich macht, so dass Zwei-Komponenten-Spritzgießmaschinen eingesetzt werden müssen, was entsprechende Kosten nach sich zieht.
Ein anderer Nachteil dieser Lösung ist natürlich die wesentlich geringere Festigkeit der Lagerringe, verglichen mit Stahl. Demgemäß haben derartige Lager eine geringere Belastbarkeit und einen höheren Verschleiß.
Für Gelenklager sind ansonsten im Stand der Technik keine besonders gut brauchbaren Lösungen beschrieben.
In der DE 31 27 710 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks beschrieben. Hier wird auf einen Kugelkopf zunächst eine Schmiermittelschicht aufgebracht, die von einer „verlorenen Schalung” (z. B. bestehend aus Kunststoff) eingehüllt wird. Anschließend wird der Kugelkopf in einer Form für das Gelenkgehäuse zentriert und dann der freie Raum zwischen dem Kugelkopf und der Form mit einem synthetischen Werkstoff ausgefüllt, der im erstarrten Zustand das Gelenkgehäuse bildet.
Die EP 8 11 291 A1 offenbart die Herstellung von Schmiernuten in den Gleitflächen von Maschinenteilen mit zwei Gleitflächen. Vor einem Spritzgießprozess wird ein Schmiernutengitter eingesetzt, das danach wieder entfernt wird. Dieses Schmiernutengitter erstreckt sich in den beim Zusammenfügen der beiden Maschinenteile gebildeten Spaltraum, der anschließend mit einem Gleitmittel gefüllt wird und einen druckfesten Gleitbelag bildet. Beide Maschinenteile werden dann wieder voneinander gelöst und das Schmiernutengitter vom Maschinenteil unter Hinterlassen einer negativen Druckspur von entsprechender Höhe und Breite im Gleitbelag abgezogen. Diese negative Druckspur bildet dann die Schmiernuten.
In der DE 1 265 979 A1 wird die Herstellung eines Gleitlagers beschrieben, bei der der Lagerzapfen zunächst mit einer Lagerschicht versehen wird. Der Zapfen wird in das Lagergehäuse eingesetzt und der entstehende Spalt gefüllt. Durch mechanische Krafteinwirkung wird die Haftung zwischen Zapfen und Lagerschicht gebrochen, so dass eine Bewegung des Lagers möglich wird.
Keine der vorbekannten Lösungen schafft ein Gelenklager, das die oben genannten Nachteile vermeiden würde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines Gleitlagers sowie ein entsprechendes Gleitlager bereitzustellen, bei dem die genannten Nachteile nicht auftreten. Demgemäß soll auf geteilte Lagerringe verzichtet werden können. Der Herstellungsaufwand soll demgemäß gering gehalten werden. Das Gelenklager soll über ein klar definierbares radiales Spiel verfügen. Ferner soll auf den Einsatz einer Zwei-Komponenten-Spritzgießtechnologie verzichtet werden. Schließlich soll sich das Gelenklager durch eine hohe Festigkeit und geringen Verschleiß auszeichnen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung des Gelenklagers die Schritte aufweist:

a) Herstellen des Innenrings als einstückiges Bauteil;
b) Aufbringen eines Abstandshalters zumindest auf einen Teil der Außenumfangsfläche des Innenrings, wobei der Abstandshalter zumindest über einen Teil seiner Erstreckung eine gleichmäßige Dicke aufweist;
c) Platzieren des Innenrings samt Abstandshalter in ein Spritzgießwerkzeug und Anspritzen des Außenrings oder zumindest eines Teils desselben aus einem spritzgießfähigem Material, wobei die Innenumfangsfläche des Außenrings durch die radial außenliegende Begrenzungsfläche des Abstandshalters definiert wird;
d) Nach dem Aushärten des Materials des Außenrings: zumindest teilweises Auflösen und/oder Entfernen des Abstandshalters aus dem Zwischenraum zwischen der Außenumfangsfläche des Innenrings und der Innenumfangsfläche des Außenrings.

Der Innenring wird dabei bei der Herstellung gemäß Schritt a) vorzugsweise als einstückiger Stahlkörper gefertigt.
Der Außenring kann bei der Herstellung gemäß Schritt c) als einstückiger Kunststoffkörper gefertigt werden, insbesondere aus einem Kunststoff mit guten Gleitlagereigenschaften. Möglich ist es allerdings auch, dass zusätzlich ein metallischer Ring mit angespritzt wird, der einen Teil des Außenrings bildet.
Als Abstandshalter wird bevorzugt ein folienartiger Wärme-Schrumpfschlauch, vorzugsweise aus Kunststoff, verwendet, der auf die Außenumfangsfläche des Innenrings aufgeschoben wird. Der Wärme-Schrumpfschlauch wird dabei bevorzugt nach dem Aufschieben auf die Außenumfangsfläche des Innenrings und vor dem Platzieren des Innenrings samt Abstandshalter im Spritzgießwerkzeug einem Wärmestrom ausgesetzt, so dass sich der Schrumpfschlauch zusammenzieht und mit radialer Vorspannung an die Außenumfangsfläche des Innenrings anlegt.
Wärme-Schrumpfschläuche sind als solche hinlänglich bekannt und bestehen bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial; bei Hitzeeinwirkung (z. B. durch heiße Luft) zieht sich das Material zusammen.
Eine bevorzugte alternative Lösung sieht vor, dass als Abstandshalter ein Lack, insbesondere ein wasserlöslicher Lack, verwendet wird, der auf die Außenumfangsfläche des Innenrings aufgebracht wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, dass der Lack auf die Außenumfangsfläche des Innenrings aufgesprüht oder durch einen Tauchvorgang aufgebracht wird.
Nach der Durchführung des Schritts b) deckt der Abstandshalter zumindest weitgehend, insbesondere vollständig, die Außenumfangsfläche des Innenrings ab.
Das Auflösen und/oder Entfernen des Abstandshalters gemäß Schritt d) kann beispielsweise durch Einwirkenlassen eines Lösungsmittels auf den Abstandshalter erfolgen. Als Lösungsmittel wird zugunsten der Umwelt bevorzugt ein solches auf Wasserbasis oder Wasser selber verwendet, wobei der Abstandhalter aus Polyvinylalkohol (PVOH) bestehen kann und so mit Wasser auflösbar ist.
Das vorgeschlagene Gelenklager, bestehend aus einem Innenring mit einer im Radialschnitt konvexen Außenumfangsfläche und einem Außenring mit einer im Radialschnitt konkaven Innenumfangsfläche, wobei zwischen der Außenumfangsfläche des Innenrings und der Innenumfangsfläche des Außenrings ein radiales Spiel vorliegt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass sowohl der Innenring als auch der Außenring als einteilige bzw. einstückige Bauteile ausgeführt sind.
Der Innenring besteht dabei bevorzugt aus Stahl, der Außenring aus Kunststoff. Dabei kann auch vorgesehen werden, dass in das Spritzgießwerkzeug zusätzlich ein Stahlteil (Ringteil), das Bestandteil des Lageraußenrings wird, mit eingelegt wird, so dass dann der Zwischenraum zwischen diesem Stahlteil und dem Abstandshalter (Schrumpfschlauch) mit Kunststoffmaterial ausgespritzt wird.
Der Lageraußenring besteht dann also aus dem Stahlteil (Ringteil) und dem angespritzten Kunststoff. Demgemäß besteht der Außenring alternativ ausschließlich aus Kunststoff oder aus einem Verbundbauteil bestehend aus einem Stahlring und Kunststoff.
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird es möglich, ein Radialgelenklager mit definiertem Lagerspiel in kostengünstiger und genauer Weise herzustellen. Dabei können in vorteilhafter Weise einteilige bzw. einstückige Lagerringe zum Einsatz kommen. Einer der Lagerringe besteht bevorzugt aus Stahl, so dass die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit des Lagers gegeben ist.
Vorteilhaft ist auch, dass sich das Spritzgießen auf den Einsatz des Einkomponenten-Spritzens beschränkt, d. h. das aufwändigere Zwei-Komponenten-Spritzgießen kommt nicht zum Einsatz.
Das radiale Lagerspiel kann über die Wahl der Dicke des folienartigen Schrumpfschlauchs präzise definiert werden.
Die Produktion ist auch umweltverträglich, wenn auf ein Lösungsmittel auf Wasserbasis zurückgegriffen wird, um den Schrumpfschlauch zum Ende des Verfahrens wieder aufzulösen und zu entfernen.
Das vorgeschlagene Radialgelenklager weist also einen integrierten Kunststoff als Gleitschicht auf, der auf einer Stahlfläche gleitet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch einen Innenring eines Gelenklagers,
2 den Innenring gemäß 1, auf dessen Außenumfang ein Schrumpfschlauch aufgebracht wurde,
3 den Innenring samt Schrumpfschlauch, an den ein Außenring angespritzt wurde, und
4 das fertige Gelenklager, von dem der Schrumpfschlauch abgelöst wurde.
In 1 ist zunächst ein Teil eines Gelenklagers, nämlich dessen Innenring 2 skizziert. Der Innenring 2 hat eine radial außenliegenden Außenumfangsfläche 3. Wie in 1 zu sehen ist, ist diese im Radialschnitt konvex ausgebildet und dafür vorgesehen, dass ein (in 1 nicht dargestellter) Außenring des Gelenklagers auf ihr gleitet. Der Innenring 2 wird im Rahmen eines ersten Herstellungsschritts als einstückiges Teil aus Stahl hergestellt.
Um das Gelenklager zu bilden, wird in einem zweiten Verfahrensschritt, der in 2 illustriert ist, auf die Außenumfangsfläche 3 des Außenrings 2 ein Abstandshalter 6 aufgebracht. Dieser besteht vorliegend aus einem Schrumpfschlauch, d. h. aus einer schlauchförmigen Folie, die sich bei Wärmeaufbringung zusammenzieht. Die Schrumpffolie 6 ist auf den Innenring 2 axial aufgeschoben und erhitzt, so dass sie sich – wie in 2 dargestellt – um die Außenumfangsfläche 3 an den Innenring 2 anlegt.
Der Schrumpfschlauch hat dabei eine definierte Dicke d, die im Bereich einiger Hundertstel bis zu einigen Zehntel Millimetern betragen kann.
Ist der Schrumpfschlauch 6 auf den Innenring 2 aufgebracht, wird der Innenring 2 samt Schrumpfschlauch in der Kavität eines Spritzgießwerkzeugs platziert. Auf den Innenring 2 und namentlich auf die radial äußere Oberfläche des Schrumpfschlauchs 6 wird nunmehr Kunststoffmaterial angespritzt, das zumindest einen Teil des Lageraußenrings 4 bildet, wie es in 3 zu sehen ist. Vor dem Einspritzen des Kunststoff-Materials kann auch noch ein metallischer Ring mit in das Spritzgießwerkzeug eingelegt werden, der Bestandteil des Außenrings 4 bildet (ist in den Figuren nicht dargestellt).
Demgemäß wird der Außenring 4 bzw. zumindest ein Teil desselben, nämlich das Kunststoffmaterial, das als Gleitlagermaterial fungiert, durch Spritzgießen angespritzt.
Ist das angespritzte Material des Außenrings 4 zumindest soweit ausgehärtet, dass es selbsttragend ist, wird das in 3 skizzierte Lager, das noch den Schrumpfschlauch 6 aufweist und insofern noch nicht funktionsfähig ist, in ein Lösungsmittel eingebracht. Das Lösungsmittel ist so gewählt, dass es das Material des Schrumpfschlauchs angreift und auflöst, indes weder das Material des Innenrings 2 noch des Außenrings 4 beeinträchtigt. Demgemäß löst sich der Schrumpfschlauch 6 auf, so dass das in 4 skizzierte Gelenklager 1 vorliegt. Da der Schrumpfschlauch 6 nunmehr fehlt, ergibt sich ein radialer Lagerspiel s, das dem doppelten Betrag der Dicke d des Schrumpfschlauchs entspricht.
Das Lagerspiel in radialer Richtung beträgt zumeist zwischen 0,005 mm und 0,050 mm, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zwischen 0,01 mm und 0,028 mm. Die Dicke d des folienartigen Schrumpfschlauchs wurde entsprechend gewählt.
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass der Gelenklager-Innenring aus Stahl gefertigt und zunächst mit einem Schrumpfschlauch aus Kunststofffolie definierter Dicke überzogen wurde. Anschließend wird der Innenring samt Schrumpfschlauch in ein Spritzgieß-Werkzeug eingelegt und der Außenring als Kunststoffteil angespritzt. Das Kunststoffmaterial ist als Gleitmaterial gut geeignet; derartige Materialien sind im Gleitlagerbau notorisch bekannt. Das Kunststoffmaterial schwindet im Volumen beim Abkühlen zunächst auf den Innenring mit dem Schrumpfschlauch auf, was eine unerwünschte Presspassung verursacht.
Um die für den Betrieb erforderliche positive Lagerluft zu erzeugen, wird das gesamte Lager nach dem Spritzgießvorgang in ein Lösungsmittelbad gegeben. Das Lösungsmittel löst nur den Schrumpfschlauch zwischen Innenring und Gleitmaterial (Kunststoffmaterial) auf Dadurch entsteht ein definiertes Lagerspiel, das der zweifachen Dicke des Schrumpfschlauchs entspricht.
Aus Gründen des Umweltschutzes ist Wasser als Lösungsmittel bevorzugt. Hierfür wird als Material für den Schrumpfschlauch ein wasserlösliches Material eingesetzt, wobei sich Polyvinylalkohol (PVOH) besonders bewährt hat.
Bezugszeichenliste

1: Gelenklager
2: Innenring
3: Außenumfangsfläche
4: Außenring
5: Innenumfangsfläche
6: Abstandshalter (Schrumpfschlauch)
s: radiales Spiel
d: Dicke

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gelenklagers (1), bestehend aus einem Innenring (2) mit einer im Radialschnitt konvexen Außenumfangsfläche (3) und einem Außenring (4) mit einer im Radialschnitt konkaven Innenumfangsfläche (5), wobei zwischen der Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) und der Innenumfangsfläche (5) des Außenrings (4) ein radiales Spiel (s) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Herstellen des Innenrings (2) als einstückiges Bauteil; b) Aufbringen eines Abstandshalters (6) zumindest auf einen Teil der Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2), wobei der Abstandshalter (6) zumindest über einen Teil seiner Erstreckung eine gleichmäßige Dicke (d) aufweist; c) Platzieren des Innenrings (2) samt Abstandshalter (6) in ein Spritzgießwerkzeug und Anspritzen des Außenrings (4) oder zumindest eines Teils desselben aus einem spritzgießfähigem Material, wobei die Innenumfangsfläche (5) des Außenrings (4) durch die radial außenliegende Begrenzungsfläche des Abstandshalters (6) definiert wird; d) Nach dem Aushärten des Materials des Außenrings (4): zumindest teilweises Auflösen und/oder Entfernen des Abstandshalters (6) aus dem Zwischenraum zwischen der Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) und der Innenumfangsfläche (5) des Außenrings (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) bei der Herstellung gemäß Schritt a) von Anspruch 1 als einstückiger Stahlkörper gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (4) bei der Herstellung gemäß Schritt c) von Anspruch 1 als einstückiger Kunststoffkörper gefertigt wird, insbesondere aus einem Kunststoff mit guten Gleitlagereigenschaften.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandshalter (6) ein Wärme-Schrumpfschlauch, vorzugsweise aus Kunststoff, verwendet wird, der auf die Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) aufgeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme-Schrumpfschlauch (6) nach dem Aufschieben auf die Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) und vor dem Platzieren des Innenrings (2) samt Abstandshalter (6) im Spritzgießwerkzeug einem Wärmestrom ausgesetzt wird, so dass sich der Schrumpfschlauch (6) mit radialer Vorspannung an die Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) anlegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandshalter (6) ein Lack, insbesondere ein wasserlöslicher Lack, verwendet wird, der auf die Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack auf die Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) aufgesprüht oder durch einen Tauchvorgang aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Durchführung des Schritts b) von Anspruch 1 der Abstandshalter (6) zumindest weitgehend die Außenumfangsfläche (3) des Innenrings (2) abdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflösen und/oder Entfernen des Abstandshalters (6) gemäß Schritt d) von Anspruch 1 durch Einwirkenlassen eines Lösungsmittels auf den Abstandshalter (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel ein solches auf Wasserbasis oder Wasser verwendet wird und dass der Abstandhalter (6) aus Polyvinylalkohol (PVOH) besteht.