DE102015225823A1

DE102015225823A1 - Gleitlagerbuchse und Verfahren zur Herstellung der Gleitlagerbuchse

Info

Publication number: DE102015225823A1
Application number: DE102015225823.8A
Authority: DE
Inventors: Kamran Riahi
Original assignee: Federal Mogul Deva GmbH
Current assignee: Federal Mogul Deva GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: DE102015225823B4; WO2017102647A1

Abstract

Es wird eine Gleitlagerbuchse (1) mit einer Tragschicht (2) aus einem Tragschichtmaterial und mit einer Gleitschicht (8) aus einem Gleitschichtmaterial beschrieben, wobei zwischen der Tragschicht (2) und der Gleitschicht (8) mindestens eine Elastomerschicht (4) angeordnet ist. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gleitlagerbuchse (1) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitlagerbuchse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gleitlagerbuchse gemäß dem Anspruch 16.
Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen für Gleitlager, insbesondere für gewickelte Kunststoff-Gleitlager auf der Basis von Epoxidharzen, ist z. B. aus der EP 1 900 950 A2 bekannt. Solche Gleitlager, die insbesondere als Gleitlagerbuchsen hergestellt werden, bestehen aus einem einschichtigen Gleitschichtwerkstoff oder aus einem aus zwei Schichten aufgebauten Lagerwerkstoff, der eine Tragschicht und eine Gleitschicht aufweist.
Die Tragschicht ist typischerweise durch Glasfasern oder Kohlefasern verstärkte Epoxidharzmatrix gekennzeichnet, welche ein sehr hohes Lastaufnahmevermögen aufweist. Die Gleitschicht setzt sich zumeist aus speziellen nicht oder weniger abrasiven Kunststofffasern oder Fäden als Verstärkungselemente, Festschmierstoffen und ebenfalls einer Epoxidharzmatrix zusammen.
Die Zusammensetzung wird so eingestellt, dass sich die geforderten tribologischen Eigenschaften einstellen, die je nach Material und Beschaffenheit des Gegenläufers und den Umweltbedingungen, wie z. B. Nass- oder Trockenlauf variieren können. Solche Gleitlagerbuchsen bestehend aus einer Gleit- und einer Tragschicht sind in der Regel statisch bis zu 230 MPa belastbar und dynamisch bis zu 140 MPa belastbar.
Die Gleitlagerbuchsen nehmen eine Welle auf, die insbesondere bei nichtfluchtenden Bohrungen der Wellenaufnahmen bezüglich der Achse der Gleitlagerbuchse Schiefstellungen von bis zu 5° einnehmen können. Derartige Schiefstellungen führen zu einer Belastung der Kanten der Gleitlagerbuchse, insbesondere der Kanten der Gleitschicht, wo ein zusätzlicher Verschleiß auftritt. Bei Schienenfahrzeugen, im Schwerlastbereich und bei Windturbinen im Off-Shore-Bereich werden deshalb zum Ausgleich von Schiefstellungen Gelenklager eingesetzt. Gelenklager haben jedoch den Nachteil, dass sie einen großen Bauraum benötigen und mindestens aus zwei Bauteilen bestehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gleitlagerbuchse zur Verfügung zu stellen, mit der auf einfache Weise eine Schiefstellung einer in der Gleitlagerbuchse geführten Welle ausgeglichen werden kann, um somit die Kantenlasten zu reduzieren. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gleitlagerbuchse bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einer Gleitlagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Gleitlagerbuchse weist eine Tragschicht aus einem Tragschichtmaterial und eine Gleitschicht auf. Zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht ist mindestens eine Elastomerschicht angeordnet.
Vorzugsweise ist die Tragschicht außenliegend und die Gleitschicht innenliegend angeordnet.
Der Vorteil der Gleitlagerbuchse besteht darin, dass die Elastomerschicht die Schiefstellung einer in der Gleitlagerbuchse gelagerten Welle ausgleicht und die Gleitschicht dadurch im Kantenbereich entlastet wird. Die gesamte Gleitschicht kann der Schiefstellung der Welle folgen, so dass an den Kanten der Gleitschicht keine zusätzliche Belastung auftritt, wodurch der Kantenverschleiß insgesamt minimiert wird.
Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse ist für den Ausgleich von Schiefstellungen einer Welle bis maximal 5°, insbesondere bis maximal 2° geeignet und stellt somit eine Zwischenlösung zwischen einer herkömmlichen Gleitlagerbuchse ohne Elastomerschicht und einem Gelenklager dar, wobei der benötigte Bauraum in der Regel gegenüber einer herkömmlichen Gleitlagerbuchse größer aber gegenüber einer Gelenklagerbuchse kleiner oder gleich ist.
Im Vergleich zu einem Gelenklager ist die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse nur ein Bauteil.
Ein weiterer Vorteil der Gleitlagerbuchse besteht darin, dass die Dämpfungseigenschaften der Gleitlagerbuchse bei dynamischer Belastung verbessert werden konnten.
Vorzugsweise weist die Elastomerschicht ein Matrixmaterial aus einem Kautschukmaterial auf.
Es hat sich gezeigt, dass vorzugsweise Kautschukmaterialien aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften für die Elastomerschicht gut geeignet sind. Vorzugsweise weist die Elastomerschicht ein Matrixmaterial aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) auf.
Der Vorteil dieses Materials besteht insbesondere darin, dass es sehr gut an der Gleitschicht und an der Tragschicht haftet, insbesondere dann, wenn die Gleitschicht und die Tragschicht jeweils ein Matrixmaterial aus Epoxidharz aufweisen. Eine gute Haftung ist insbesondere dann notwendig, wenn die Gleitlagerbuchse großen Belastungen ausgesetzt ist und die Elastomerschicht nicht nur Druck sondern auch Scherbelastungen aushalten muss. Um die Haftung noch weiter zu verbessern, können dem Elastomermaterial noch Haftvermittler zugesetzt werden.
Weitere Elastomermaterialien für das Matrixmaterial der Elastomerschicht sind Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Acrylnitril-Butadien Kautschuk (NBR), hydrierter, Nitril-Kautschuk (HNBR), Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XNBR), hydrierter Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XHNBR), Naturkautschuk (NR), Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA), Chlorsulfonyl-Polyäthylen-Kautschuk (CSM), Chloriertes Polyethylen (CM), Butyl- oder Halobutyl-Kautschuk, Silikon-Kautschuk (VMQ, MVQ), Fluor-Silikon-Kautschuk (FVMQ, MFQ), Chlorhydrin-Kautschuk (CO), Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO), Polychloropren-Kautschuk (CR), einkomponentiges Polyurethan (PU).
Die genannten Elastomermaterialien sind beispielsweise aus WO 2013/045114A2 und WO 2013/045087 A1 bekannt. In diesen Schriften werden die Elastomermaterialien in Energie-absorbierenden Verbundmaterialien eingesetzt. Diese Verbundmaterialien finden Anwendung z. B. bei Skiern, Surfbrettern, Gehäuse für Computer oder Karosseriebauteilen von Fahrzeugen, wie z. B. für Innenverkleidungen und Außenhautverkleidungselementen.
Die Elastomerschicht kann zusätzlich Vernetzungsmittel aus der Gruppe der Peroxide, der Amine und/oder der Bisphenole enthalten.
Da die Gleitlagerbuchse hohen Belastungen ausgesetzt wird, kann es von Vorteil sein, auch die Elastomerschicht mit Verstärkungsfasern auszustatten. Als Verstärkungsfasern kommen vorzugsweise Glasfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern, Kohlefasern, Viskosefasern, Aramidfasern und/oder Metallfasern in Frage. Diese Fasern können auch als Gewebematerial eingelagert sein.
Vorzugsweise weist das Gleitschichtmaterial der Gleitschicht mindestens ein duroplastisches Polymer auf, das vorzugsweise das Matrixmaterial bildet. Matrixmaterial ist dasjenige Material, das den größten Anteil des Gleitschichtmaterials bildet. Als duroplastisches Polymer wird vorzugsweise ein Epoxidharz eingesetzt.
Vorzugsweise besteht die Gleitschicht aus mindestens einer Wickellage, die mit Kunststofffilamenten verstärktes Epoxidharz aufweisen. Die Kunststofffilamente sind vorzugsweise nicht oder wenig abrasiv. Das Epoxidharz kann Festschmierstoffe enthalten.
Eine Wickellage bezeichnet eine Schicht, die durch Aufwickeln mindestens eines in Epoxidharz getränkten Fadens, vorzugsweise in Kreuzwickeltechnik hergestellt wird.
Ein Filament ist in der textilen Terminologie die Bezeichnung für Fasern mit praktisch unbegrenzter Länge. Unter einem Faden wird eine Textilie aus mehreren miteinander verbundenen oder verdrehten Fasern bezeichnet.
Vorzugsweise werden Polyesterfilamente als Kunststofffilamente verwendet.
Die Kunststofffäden weisen vorzugsweise Polyesterfilamente und PTFE-Partikel auf. Die ausgehärtete Gleitschicht aus einer Epoxidharzmatrix mit Kunststofffäden aus vorzugsweise Polyesterfilamenten und PTFE-Partikeln lässt sich gut mechanisch bearbeiten. Dieser Gleitschichtaufbau eignet sich daher insbesondere für Präzisionsgleitlager, die beispielsweise durch Bohren, Honen oder dergleichen auf Endmaß nachgearbeitet werden müssen. PTFE wirkt als Festschmierstoff und dient somit zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften des Gleitschichtmaterials.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der PTFE-Partikel im Kunststofffaden 2 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 Gew.-% bis 36 Gew.-%.
Vorzugsweise werden Epoxidharze verwendet, die bei Temperaturen T ≥ 120°C aushärten.
Vorzugsweise werden Bisphenol-basierte Epoxidharze verwendet.
Vorzugsweise wird ein Epoxidharz verwendet, das Graphit mit einem Anteil von 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% bezogen auf das Epoxidharz enthält. Auch kann das Epoxidharz PTFE-Partikel mit einem Anteil von 1 Gew.-% bis 40 Gew.-% bezogen auf das Epoxidmaterial enthalten.
Das Gleitschichtmaterial hat einerseits gute Gleiteigenschaften und eine hohe Verschleißbeständigkeit und besitzt auch gute elastische Eigenschaften, was im Zusammenwirken mit der Elastomerschicht von Vorteil ist.
Vorzugsweise weist das Tragschichtmaterial der Tragschicht mindestens ein duroplastisches Polymer auf, das vorzugsweise das Matrixmaterial bildet. Als duroplastisches Polymer wird vorzugsweise ebenfalls ein Epoxidharz eingesetzt.
Vorzugsweise besteht die Tragschicht aus mindestens einer Wickellage, die mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern verstärktes Epoxidharz aufweist.
Vorzugsweise werden für die Gleitschicht und für das Tragschichtmaterial dieselben Epoxidharze verwendet.
Kohlenstofffasern, die auch als Carbonfasern bezeichnet werden, sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Anisotrope Kohlenstofffasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung.
Im Vergleich zum Gleitschichtmaterial ist das Tragschichtmaterials weitaus steifer und stabiler.
Vorzugsweise ist zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht mindestens eine Zwischenschicht aus dem Tragschichtmaterial angeordnet.
Die Zwischenschicht ist vorzugsweise zwischen der Elastomerschicht und der Gleitschicht angeordnet. Die Gleitlagerbuchse weist vorzugsweise einen 4-Schicht-Aufbau auf: Tragschicht – Elastomerschicht – Zwischenschicht – Gleitschicht. Die Elastomerschicht ist somit zwischen zwei Schichten aus Tragschichtmaterial eingepackt.
Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen der Zwischenschicht, die Stabilität der Gleitlagerbuchse deutlich erhöht werden kann. Da die Zwischenschicht vorzugsweise aus demselben steifen Material wie die Tragschicht besteht, wird die Festigkeit der gesamten Gleitlagerbuchse deutlich verbessert.
Vorzugsweise ist zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht ein periodisch aufgebautes Mehrlagenschichtsystem angeordnet, bei dem die Periodizität aus mindestens zwei Einzellagen besteht, wobei eine Einzellage aus einer Elastomerschicht und eine Einzellage aus einer Zwischenschicht aus dem Tragschichtmaterial besteht.
Mit mehreren Elastomerschichten in einem solchen Mehrlagenschichtsystem können auch größere Schiefstellungen einer Welle ausgeglichen werden, ohne dass die Stabilität der Gleitlagerbuchse beeinträchtigt wird. Größere Schiefstellungen können zwar auch mit einer einzelnen entsprechend dickeren Elastomerschicht ausgeglichen werden. Allerdings ist die Stabilität aufgrund der in Achsrichtung wirkenden Scherkräfte der Gleitlagerbuchse in axialer Richtung geringer.
Die Dicke D₂ der Elastomerschicht beträgt vorzugsweise 0,2 mm bis 200 mm, besonders bevorzugt bei 0,2 mm bis 100 mm, insbesondere 0,25 mm bis 15 mm.
Die Dicke D₄ der Gleitschicht beträgt vorzugsweise 0,5 mm bis 300 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 15 mm, insbesondere 0,5 mm bis 5 mm.
Die Dicke D₁ der Tragschicht beträgt vorzugsweise 1 mm bis 300 mm, vorzugsweise 3 mm bis 50 mm, insbesondere 3 mm bis 10 mm.
Die Dicke D₃ der Zwischenschicht beträgt vorzugsweise 0,5 mm bis 100 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 15 mm, insbesondere 1 mm bis 5 mm.
Die Dicke D₆ des Mehrlagenschichtsystems beträgt vorzugsweise 1,4 mm bis 500 mm, besonders bevorzugt bei 1,4 mm bis 100 mm. Diese Dicken beziehen sich vorzugsweise auf Gleitlagerbuchsen mit einem Innendurchmesser von 20 bis 300 mm.
Die Angaben der Dicken, insbesondere der Dicken D₁ bis D₄, beziehen sich auf Gleitlagerbuchsen mit einem Innendurchmesser von 10 mm bis 1000 mm, bevorzugt 25 mm bis 300 mm. Die Außendurchmesser der Gleitlagerbuchsen betragen 15 mm bis 1400 mm, vorzugsweise 42 mm bis 430 mm. Die Buchsenbreiten liegen vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 1000 mm, bevorzugt bei 25 mm bis 300 mm, insbesondere bei 20 mm bis 130 mm.
Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse kann im Temperaturbereich von –40°C bis 140°C, vorzugsweise im Temperaturbereich von –40°C bis 80°C eingesetzt werden.

Beispielhafte Dickenkombinationen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Buchsenbreite [mm]	InnenØ [mm]	D₁ [mm]	D₂ [mm]	D₃ [mm]	D₄ [mm]	Schiefstellung α	AußenØ
20	25	2,0	2,5	1,5	1,5	max. 2°	40
35	50	2,5	4	2	2	max. 2°	71
49	70	3	7	2	2	max. 2°	98
70	100	3	9	2	2	max. 2°	138
105	160	3,5	10,5	2,5	2	max. 2°	200
130	200	5	11	2,5	2	max. 2°	241

Die Gleitlagerbuchse wird mit einem Verfahren mit mindestens den folgenden Verfahrensschritten hergestellt, die zeitlich nacheinander ausgeführt werden:

a) Herstellen einer Gleitschicht aus einem Gleitschichtmaterial,
b) Herstellen einer Elastomerschicht durch Ummanteln der Gleitschicht mit einem plastischen Elastomermaterial,
c) Herstellen einer Tragschicht durch Ummanteln der Elastomerschicht mit einem Tragschichtmaterial,
d) erste Wärmebehandlung des mit den Verfahrensschritten a) bis c) hergestellten Schichtsystems bei einer Temperatur T₁,
e) zweite Wärmebehandlung des Schichtsystems bei einer Temperatur T₂ > T₁,
f) Abkühlen und Bearbeiten der Gleitlagerbuchse auf Endmaße.

Die erste Wärmebehandlung gemäß des Verfahrensschritts d), die auch als Angelieren bezeichnet wird, dient zum Aushärten des Gleitschicht- und des Tragschichtmaterials, wobei aber das Elastomermaterial noch im plastischen Zustand belassen wird. Das Aushärten wird in der ersten Wärmebehandlung begonnen. Eine vollständige Aushärtung erfolgt in diesem Verfahrensschritt vorzugsweise noch nicht. Da sich die Elastomerschicht zwischen Tragschicht und Gleitschicht befindet, wird die Elastomerschicht durch das Angelieren zwischen diesen Schichten eingespannt, so dass in der Elastomerschicht ein Druck aufgebaut wird.
In der nachfolgenden zweiten Wärmebehandlung bei einer Temperatur T₂ > T₁ erfolgt die Überführung des plastischen Elastomermaterials in den elastischen Zustand sowie die vollständige Aushärtung des Gleitschicht- und des Tragschichtmaterials.
Vorzugsweise wird gemäß Verfahrensschritt a) mindestens ein mit Epoxidharz getränkter Kunststofffilamente aufweisender Kunststofffaden auf einen Wickelkern aufgewickelt.
Vorzugsweise wird gemäß Verfahrensschritt c) mindestens ein mit Epoxidharz getränkter Glasfaserfaden und/oder ein mit Epoxidharz getränkter Kohlenstofffaden auf das plastische Elastomermaterial der Elastomerschicht gewickelt.
Da das Epoxidharz ab einer Temperatur von 80°C beginnt auszuhärten, wird das Angelieren gemäß Verfahrensschritt d) vorzugsweise bei einer Temperatur T₁ von 80°C bis 100°C durchgeführt, insbesondere in einem Temperaturbereich von 85°C bis 95°C durchgeführt.
Das Angelieren wird gemäß Verfahrensschritt d) über einen Zeitraum von vorzugsweise 10 bis 180 Minuten, besonders bevorzugt in einem Zeitraum von 30 bis 50 Minuten durchgeführt.
Vorzugsweise wird ein Kautschukmaterial, besonders bevorzugt EPDM, für die Elastomerschicht verwendet. Dieses Material befindet sich bei Raumtemperatur im plastischen Zustand und wird vorzugsweise in Streifen oder Bahnen von beispielsweise 10 cm bis 50 cm um die Gleitschicht gewickelt. Wenn die Bahn die gewünschte Dicke besitzt, reicht ein einmaliges Umwickeln der Gleitschicht. Bei dünnen Bahnen mit Dicken von beispielsweise 0,5 mm werden so viele Lagen aufgewickelt, bis die gewünschte Dicke für die Elastomerschicht erreicht worden ist. Auf dieses plastische Elastomermaterial wird anschließend das Tragschichtmaterial aufgebracht.
Das Kautschukmaterial wird durch die zweite Wärmebehandlung im Verfahrensschritt e) vorzugsweise bei einer Temperatur T₂ im Bereich von 120°C bis 160°C, besonders bevorzugt bei 130°C bis 150°C in den elastischen Zustand überführt. Es handelt sich hierbei um eine Vulkanisation.
Die zweite Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt e) wird vorzugsweise über einen Zeitraum von 0,5 h bis 20 h durchgeführt, besonders bevorzugt in einem Zeitraum von 0,5 h bis 5 h.
Es hat sich gezeigt, dass die Elastomerschichten während des Angelierens durch das beginnende Aushärten der Gleit- und Tragschichten unter einen gewissen Druck gesetzt werden, wodurch der nachfolgende Vulkanisiervorgang unterstützt wird. Der Vernetzungsgrad durch diesen Druck und die Temperatur von 130° bis 150° ist so hoch, so dass das elastische Material vollständig vulkanisiert wurde.
Vorzugsweise wird im Verfahrensschritt c) der Glasfaserfaden und/oder der Kohlenstofffaden mit einer Fadenspannung von 5 N bis 1000 N, besonders bevorzugt von 10 N bis 100 N, insbesondere von 40 N bis 80 N, aufgewickelt und vorzugsweise in Kreuzwickeltechnik abgelegt. Dadurch wird das plastische Elastomermaterial bereits vor dem Angelieren gemäß Verfahrensschritt c) unter Druck gesetzt, was die Vulkanisation und damit den Vernetzungsgrad zusätzlich verbessert.
Vorzugsweise wird das plastische Elastomermaterial im Verfahrensschritt c) luftdicht umwickelt. Dies bedeutet, dass vorzugsweise die Wickellage über die Randbereiche der Elastomerschicht hinaus ausgedehnt wird, damit auch an den Stirnseiten ein allseitiger Luftabschluss der Elastomerschicht erzielt werden kann. Auch diese Maßnahme verbessert das Vulkanisationsergebnis. Das luftdichte Umwickeln der Tragschicht auf das Elastomermaterial ist wichtig, damit keine Lufteinschlüsse bei der Vulkanisation auftreten und die Vulkanisation vollständig und homogen über das ganze Elastomer stattfinden kann.
Vorzugsweise werden zwischen den Verfahrensschritten a) und c) anstelle des Verfahrensschritts b) weitere und/oder modifizierte Verfahrensschritte a1) und b1) durchgeführt. Der Verfahrensschritt a1) umfasst vorzugsweise das Herstellen einer Zwischenschicht aus Tragschichtmaterial, vorzugsweise durch Ummanteln der Gleitschicht mit dem Tragschichtmaterial. Der Verfahrensschritt b1) umfasst das Herstellen einer Elastomerschicht vorzugsweise durch Ummanteln der Zwischenschicht mit einem plastischen Elastomermaterial. Die Verfahrensschritte a1) und b1) werden vorzugsweise einmalig zur Herstellung eines 4-Schichtsystems ausgeführt.
Das Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse mit vier Schichten erfolgt daher mit den folgenden Verfahrensschritten, die zeitlich nacheinander ausgeführt werden:

a) Herstellen einer Gleitschicht,
a1) Herstellen einer Zwischenschicht aus einem Tragschichtmaterial,
b1) Herstellen einer Elastomerschicht durch Ummanteln der Zwischenschicht mit einem plastischen Elastomermaterial,
c) Herstellen einer Tragschicht durch Ummanteln der Elastomerschicht mit dem Tragschichtmaterial,
d) erste Wärmebehandlung des mit den Verfahrensschritten a), a1), b1), c) hergestellten Schichtsystems bei einer Temperatur T₁,
e) zweite Wärmebehandlung des Schichtsystems bei einer Temperatur T₂ > T₁,
f) Abkühlen und Bearbeiten der Gleitlagerbuchse auf Endmaße.

Die Verfahrensschritte a1) und b1) können zur Herstellung eines Mehrlagenschichtsystems auch zwei- oder mehrmalig ausgeführt werden, bevor sich der Verfahrensschritt c) anschließt.
Durch diese zusätzlichen bzw. modifizierten Verfahrensschritte ist es möglich, ein Mehrlagen-Schichtsystem herzustellen, das periodisch aufgebaut ist. Die Periode besteht vorzugsweise aus zwei Einzellagen, nämlich aus einer Zwischenschicht aus Tragschichtmaterial und einer Elastomerschicht.
Beispielhafte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer Gleitlagerbuchse mit einer Gleitschicht, einer Elastomerschicht und einer Tragschicht,
2 einen Schnitt durch die in 1 gezeigte Gleitlagerbuchse längs der Linie A-A,
3 die Stirnseite einer Gleitlagerbuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer zusätzlichen Zwischenschicht,
4 einen Schnitt durch die in 3 gezeigte Gleitlagerbuchse längs der Linie B-B,
5 die in 4 dargestellte Gleitlagerbuchse in belastetem Zustand mit einer Welle zur Veranschaulichung der Schiefstellung,
6 einen Schnitt durch eine Gleitlagerbuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform und
7 einen Schnitt durch eine Gleitlagerbuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In der 1 ist eine Gleitlagerbuchse 1 perspektivisch dargestellt, die eine außenliegende Tragschicht 2, eine Elastomerschicht 4 und eine innenliegende Gleitschicht 8 aufweist.
In der 2 ist ein Schnitt längs der Linie A-A durch die in 1 gezeigte Gleitlagerbuchse dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Tragschicht 2 eine Dicke D₄, die Elastomerschicht 4, die zwischen der Tragschicht 2 und der Gleitschicht 8 angeordnet ist, eine Dicke D₂ und die Gleitschicht 8 eine Dicke D₁ aufweist. Die Dicke D₂ der Elastomerschicht ist größer als die Dicke D₄ der Tragschicht und die Dicke D₁ der Gleitschicht.
In der 3 ist eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Gleitlagerbuchse 1 dargestellt. Diese Gleitlagerbuchse 1 unterscheidet sich von der Gleitlagerbuchse gemäß der 1 dadurch, dass eine Zwischenschicht 6 aus Tragschichtmaterial vorgesehen ist. Die Zwischenschicht 6 aus Tragschichtmaterial befindet sich zwischen der Gleitschicht 8 und der Elastomerschicht 4. Die Elastomerschicht 4 befindet sich somit zwischen zwei Schichten aus Tragschichtmaterial, wodurch eine besonders belastbare Ausführung gewährleistet ist.
Die Dicken der einzelnen Schichten sind entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck zu wählen. Eine Gleitlagerbuchse kann beispielsweise folgende Abmessungen aufweisen:
Innendurchmesser 70 mm
Außendurchmesser 100 mm
Dicke D₄ der Gleitlagerschicht 2 mm
Dicke D₃ der Zwischenschicht 2 mm
Dicke D₂ der Elastomerschicht 8 mm
Dicke D₁ der Tragschicht 3 mm.
Die Gesamtdicke D₇ beträgt in diesem Beispiel somit 15 mm. Der Außendurchmesser eines vergleichbaren Gelenklagers beträgt 105 mm. Die erfindungsgemäße Gleitlagerbuchse hat somit den Vorteil, dass sie einen kleineren Einbauraum benötigt und nur aus einem Bauteil besteht.
Herstellungsbeispiel:
Bei der Herstellung einer Gleitlagerbuchse mit einem vierschichten Schichtaufbau wird zuerst die Gleitschicht 8 auf einen nicht dargestellten Wickeldorn gewickelt, bis die gewünschte Dicke D₄ erreicht ist. Dann wird anschließend die Zwischenschicht 6 auf die nasse Gleitschicht 8 aufgebracht, die noch nicht ausgehärtet ist. Auch hier wird die erforderliche Dicke D₃ der Zwischenschicht 6 eingestellt. Anschließend wird das Elastomermaterial, das in Streifen oder Bahnen in der Regel mit Dicken von 0,5 mm bis 5 mm verfügbar ist, entsprechend so oft ummantelt/umwickelt, bis die gewünschte Schichtdicke D₂ erreicht ist.
Nach dem Ummanteln mit der entsprechenden Elastomerlage auf die gewünschte Dicke D₂ werden Glasfaserfäden, die vorher durch ein Harzhärterbad laufen, mit einer entsprechenden Fadenspannung über die Elastomerlage gewickelt, und das Elastomermaterial vollständig überwickelt, damit es für die Vulkanisation während des Aushärtevorgangs luftdicht abgeschlossen wird. Hierbei kann die Fadenspannung gemessen mit einer Kofferwaage bis zu 100 N je nach Fadenführung und Anzahl der Umlenkung betragen. Bevorzugt wird jedoch mit einer Fadenspannung von maximal 10 N gearbeitet.
Es folgt dann das Angelieren bei 90°C über 30 Minuten und die zweite Wärmebehandlung bei 130°C über 3 Stunden. Nach dem Abkühlen erfolgt die Bearbeitung auf Endmaße.
In der 5 ist ein Schnitt längs der Linie B-B der in 3 gezeigten Gleitlagerbuchse 1 dargestellt. Die Gleitlagerbuchse 1 trägt eine Welle 20, die eine Schiefstellung gegenüber der Längsachse L der Gleitlagerbuchse 1 aufweist, die durch den Winkel α gekennzeichnet ist. Dieser Winkel α beträgt in der hier gezeigten Darstellung etwa 2°. Mit dem Pfeil B wird die Belastung angedeutet. Die Welle 20 führt eine Schwenkbewegung aus, wie durch den im linken Bereich der Abbildung dargestellten Pfeil verdeutlich wird. Der Schwenkwinkel γ beträgt beispielsweise ±45°.
Die Schiefstellung der Welle 20 bewirkt, dass sowohl die Gleitschicht 8 als auch die Zwischenschicht 6 aus Tragschichtmaterial die Schiefstellung der Welle übernimmt und somit ebenfalls eine Schiefstellung aufweist. Da im eingebauten Zustand die Tragschicht 2 der Gleitlagerbuchse 1 ihre Position nicht verändern kann, wird die Elastomerschicht 4 komprimiert bzw. gedehnt. Dadurch wird die Schiefstellung der Welle 20 ausgeglichen.
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Gleitlagerbuchse 1 dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein Mehrschichtsystem 10 mit einer Periode 12, wobei die Periode 12 aus zwei Einzelschichten, nämlich einer Zwischenschicht 6 aus Tragschichtmaterial und einer Elastomerschicht 4 besteht. Die in 6 gezeigte Ausführungsform weist somit einen Schichtaufbau von außen nach innen gesehen wie folgt auf: Tragschicht 2, Elastomerschicht 4, Zwischenschicht 6, Elastomerschicht 4, Tragschicht 6 und Gleitschicht 8.
Die einzelnen Elastomerschichten 4 sind deutlich dünner als die Elastomerschichten 4 gemäß der 2 oder der 4. Mit der Ausführungsform gemäß der 6 ist ebenfalls eine Schiefstellung einer Welle wie sie in Figur gezeigt ist, ausgleichbar.
In der 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in der mehr als zwei Perioden 12 des Mehrlagenschichtsystems 10 vorgesehen sein können. Die Dicke D₆ des Mehrlagenschichtsystems beträgt vorzugsweise 80 mm. Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird für die Elastomerschicht 4 ein Elastomer aus EPDM (Ethylenpropylendien-Kautschuk) verwendet. Dieses Material kann für Temperaturen von –40°C bis 140°C eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlagerbuchse
2: Tragschicht
4: Elastomerschicht
6: Zwischenschicht
8: Gleitschicht
10: Mehrlagenschichtsystem
12: Periodizität
20: Welle
D₁: Dicke der Trägerschicht
D₂: Dicke der Elastomerschicht
D₃: Dicke der Zwischenschicht
D₄: Dicke der Gleitschicht
D₅: Dicke der Periodizität
D₆: Dicke des Mehrlagenschichtsystems
D₇: Gesamtdicke
B: Belastung
L: Längsachse der Gleitlagerbuchse
α: Winkel Schiefstellung
γ: Schwenkwinkel der Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1900950 A2 [0002]
WO 2013/045114 A2 [0018]
WO 2013/045087 A1 [0018]

Claims

Gleitlagerbuchse (1) mit einer Tragschicht (2) aus einem Tragschichtmaterial und mit einer Gleitschicht (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tragschicht (2) und der Gleitschicht (8) mindestens eine Elastomerschicht (4) angeordnet ist.
Gleitlagerbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (4) ein Matrixmaterial aus einem Kautschukmaterial aufweist.
Gleitlagerbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (4) ein Matrixmaterial aus Ethylenpropylendien-Kautschuk aufweist.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (4) Vernetzungsmittel aus der Gruppe der Peroxide, der Amine und/oder der Bisphenole enthält.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (4) Verstärkungsfasern aufweist.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (8) aus mindestens einer Wickellage besteht, die mit Kunststofffilamenten verstärktes Epoxidharz aufweist.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschicht (2) aus mindestens einer Wickellage besteht, die mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern verstärktes Epoxidharz aufweist.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tragschicht (2) und der Gleitschicht (8) mindestens eine Zwischenschicht (6) aus dem Tragschichtmaterial angeordnet ist.
Gleitlagerbuchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) zwischen der Elastomerschicht (4) und der Gleitschicht (8) angeordnet ist.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tragschicht (2) und der Gleitschicht (8) ein periodisch aufgebautes Mehrlagenschichtsystem (10) angeordnet ist, bei dem die Periodizität (12) aus mindestens zwei Einzellagen besteht, wobei eine Einzellage aus einer Elastomerschicht (4) und eine Einzellage aus einer Zwischenschicht (6) aus dem Tragschichtmaterial besteht.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke D₂ der Elastomerschicht (4) 0,2 mm bis 200 mm beträgt.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke D₄ der Gleitschicht (8) 0,5 mm bis 300 mm beträgt.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke D₁ der Tragschicht (2) 1 mm bis 300 mm beträgt.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke D₃ der Zwischenschicht 0,5 mm bis 100 mm beträgt.
Gleitlagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke D₆ des Mehrlagenschichtsystems (10) 1,4 mm bis 500 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse (1) mit mindestens den folgenden Verfahrensschritten, die zeitlich nacheinander ausgeführt werden: a) Herstellen einer Gleitschicht (8) aus einem Gleitschichtmaterial, b) Herstellen einer Elastomerschicht (4) durch Ummanteln der Gleitschicht (8) mit einem plastischen Elastomermaterial, c) Herstellen einer Tragschicht (2) durch Ummanteln der Elastomerschicht (4) mit einem Tragschichtmaterial, d) Wärmebehandlung des mit den Verfahrensschritten a), b) c) hergestellten Schichtsystems bei einer Temperatur T₁, e) Wärmebehandlung des Schichtsystems bei einer Temperatur T₂ > T₁, f) Abkühlen und Bearbeiten der Gleitlagerbuchse auf Endmaße.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt a) mindestens ein mit Epoxidharz getränkter Kunststofffilamente aufweisender Kunststofffaden auf einen Wickelkern aufgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) mindestens ein mit Epoxidharz getränkter Glasfaserfaden und/oder ein mit Epoxidharz getränkter Kohlenstofffaden auf das plastische Elastomermaterial der Elastomerschicht (4) gewickelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt d) bei einer Temperatur T₁ von 80°C bis 100°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmebehandlungsverfahren gemäß Verfahrensschritt d) über einen Zeitraum von 10 bis 180 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt e) bei einer Temperatur T₂ im Bereich von 120°C bis 160°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt e) über einen Zeitraum von 0,5 bis 20 Stunden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) der Glasfaserfaden und/oder Kohlenstofffaden mit einer Fadenspannung von 5 N bis 1000 N auf die darunterliegende Schicht aufgewickelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das plastische Elastomermaterial im Verfahrensschritt c) luftdicht umwickelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verfahrensschritten a) und c) anstelle des Verfahrensschritts b) mindestens einmalig die Verfahrensschritte a1) und b1) durchgeführt werden mit a1) Herstellen einer Zwischenschicht (6) mit Tragschichtmaterial und b1) Herstellen einer Elastomerschicht (4) mit einem plastischen Elastomermaterial.