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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen wartungsfreien Verbinder mit einer Rolle mit einer Integral-Schmierverschleißschicht/Metallsubstrat-Kombination.
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Wartungsfreie Gleitlager mit einem
Metallsubstrat und einer Kunststofflagerschicht sind bekannt. Derartige
Lager stellen geeignete Mittel zur drehbaren, schwenkbaren oder
gleitbaren Befestigung mehrerer Elemente aneinander in einer wartungsfreien
weise zur Verfügung.
Anwendungen für derartige
Lager umfassen jene, die eine kontinuierliche Drehbewegung einsetzen,
wie beispielsweise Achszapfen zum Tragen einer angetriebenen Welle. Diese
Lager sind auch für
Anwendungen geeignet, welche eine wiederholte Schwenkbewegung einsetzen,
wie beispielsweise Autotürscharniere,
Türanschläge, Brems-
und Gaspedale. Zu weiteren Anwendungen zählen jene, die eine wiederholte
reziproke Bewegung einsetzen, wie beispielsweise Stoßdämpfer für Automobile,
Motorräder
und Fahrräder sowie
Autostreben. Diese Lager können
auch bei Anwendungen mit geringerer Beanspruchung verwendet werden,
wie beispielsweise Mehrfachstabverbindungen, welche üblicherweise
in der Automobilindustrie für
Kofferraumdeckel- und Haubenscharniere verwendet werden. Solche
wartungsfreien Lager können
eine Vielzahl von Konfigurationen umfassen, wie beispielsweise Buchsen
oder Zapfenlager, Axiallager oder Druckunterlagen, Lokalisierunterlagen, Ventilöffnungsplatten
und Verschleißelemente
für eine
Vielzahl von Mechanismen.
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Ein Beispiel eines solchen Lagers
wird unter der Bezeichnung „Norglide®", erhältlich von
Norton Performance Plastics Corporation, Wayne New Jersey, verkauft.
Norglide umfasst eine dünne
Schicht eines Lagermaterials wie beispielsweise einer PTFE (Polytetrafluorethylen)-Verbindung,
die auf eine metallische Unterlage unter Verwendung von Hochtemperaturthermoplastfilmen
(beispielsweise PFA und ETFE), Hitze und Druck, wie in U.S.-Patent
Nr. 5,573,846 mit dem Titel „Polyfluorocarbon
Coated Metal Bearing" beschrieben,
gebunden wird.
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Eine Variation von Norglide®-Materialien,
die von Norton erhältlich
ist, ist als „Norglide® M"-Lager bekannt. Norglide
M-Lager sind Norglide-Materialien, wie oben erläutert, im Wesentlichen ähnlich,
verwenden jedoch eine Lagerschicht mit einer offenmaschigen Metallgewebe-Verstärkung darin.
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Zusätzliche Beispiele von Lagern
dieses allgemeinen Typs sind in dem gemeinschaftlich übertragenen
U.S.-Patent Nr. 5,860,780 mit dem Titel „Self-Lubricated Thrust Rivet"; und dem U.S.-Patent 5,971,617
mit dem Titel „Self-Lubricated
Bearing" offenbart.
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Andere Selbstschmierlager umfassen
ein „DU"-Lager, das von The
Glacier Metal Company Limited, Argule House, Joel Street, Northwood
Hills, Middlesex HA6 1LN, England, erhältlich ist. Das DU-Lager besteht
aus einem Verbundmaterial, wobei eine poröse Bronzeschicht mit einer
Metallunterlage verbunden ist. Die poröse Bronzeschicht ist mit einem
Polymer wie beispielsweise PTFE imprägniert, wobei darauf eine obere
Schicht oder Auskleidung aus Polymer angeordnet ist.
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Wie oben erwähnt werden diese Lager durch Aufbringen
der schmierfähigen
Lagerschicht auf ein im wesentlichen flaches (planares) Substrat
und anschließendes
Formen des Laminats zu erwünschten Geometrien,
wie beispielsweise zylinderförmigen Buchsen,
Nieten etc., hergestellt. Die Dicke der Substratlagen kann in Abhängigkeit
von den strukturellen Erfordernissen der jeweiligen Anwendung variieren. Eine
Vergrößerung der
Substratdicke neigt jedoch zur Vergrößerung der Schwierigkeit des
Formens des resultierenden Laminats zur Vergrößerung des Minimumradius, auf
welchen das Laminat geformt werden kann. Aus diesem Grund verwenden
die meisten Selbstschmierlager, auf die hierin oben Bezug genommen
wird, relativ dünne
Substrate, das heißt
mit einer Dicke in der Größenordnung
von etwa 0,2–2
mm.
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Bei Anwendungen mit höherer Beanspruchung,
bei denen die erhöhten
strukturellen Eigenschaften eines dickeren Substrats erwünscht sind, umfassten
herkömmliche
Lagerherstellungstechniken ein individuelles Formen des Substrats
und/oder der selbstschmierenden Schichten als diskrete Elemente,
gefolgt von einem Aneinanderfügen
der beiden getrennten Teile. Beispielsweise offenbart das U.S-Patent Nr. 5,236,784
mit dem Titel „Bearing
Material and Plastic Bearing" ein
Vorformen eines röhrenförmigen metallischen
Zylinders in herkömmlicher Weise
und anschließendes
Formen eines Kunststofflagermaterials an eine innere Oberfläche des
Zylinders zur Bildung eines vervollständigten Lagerelements. Im Gegensatz
dazu offenbart das U.S.-Patent Nr. 5,806,985 mit dem Titel „Rod Guide
and Method For Its Manufacture" eine
Fertigung einer röhrenförmigen Buchse
aus PTFE und eine getrennte Fertigung eines getrennten metallischen
Trägers
mit einer inneren zylinderförmigen
Oberfläche
mit einem größeren Durchmesser
als dem äußeren Durchmesser der
Buchse. Die Buchse wird anschließend konzentrisch mit dem Träger montiert
und mit einem Formgussmaterial wie beispielsweise Zink an Ort und
Stelle befestigt.
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Eine Rolle mit selbstschmierenden
Lagern, gebildet aus einem planaren beschichteten Substrat, ist
aus GB 1383 157 A bekannt.
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Auch wenn diese Versuche der Bildung
(Formung) eines oder mehrerer der Elemente vor dem Zusammenbau bei
einigen Anwendungen zufriedenstellend funktionieren mögen, so
sind sie jedoch nicht ohne Nachteile. Zum Beispiel ist es im Allgemeinen
schwieriger, eine geeignete Bindung zwischen der Kunststoffschicht
und dem Substrat zu bilden, als dies bei vielen der zuvor genannten
laminierten Lager der Fall ist, da es schwierig ist, genau so viel
Hitze und Druck auf zylindrische Schichten anzuwenden, wie auf planare
Laminate angewendet werden können.
Daher können
diese getrennt gebildeten Lager eine verringerte Lebensdauer aufweisen und/oder
in der Herstellung teurer sein als die lagenlaminierten Lager.
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Daher besteht ein Bedarf an einem
verbesserten wartungsfreien Rollenlager, das die Probleme des Standes
der Technik angeht.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Rolle mit selbstschmierendem Lager gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 bereitgestellt. Insbesondere umfasst eine Rolle mit selbstschmierendem
Lager einen röhrenförmigen Einsatz
mit einem Substrat und einer mit einem Haftfilm oder einer Sinterhaftvermittlungsschicht
damit verbundenen, lasttragenden Schicht. Der Einsatz kann durch
das Verfahren der Aufbringung der lasttragenden Schicht mit dem
Haftfilm oder der Haftvermittlungsschicht auf eine im wesentlichen
planare Oberfläche
des Substrats, Anwendung von Hitze und Druck darauf, so dass ein
Laminat gebildet wird, und des Formens des Laminats zu einem röhrenförmigen Zylinder
mit einer inneren lasttragenden Schicht gebildet werden. Ein Element
steht mit dem äußeren Substrat
integral in Eingriff, wobei das Element eine periphere, zylinderförmige Eingriffsoberfläche aufweist,
die geeignet ist, um mit einer Komponente in rollendem Eingriff
zu stehen, wobei die Rolle für
den gleichzeitigen Bewegungseingriff mit zumindest zwei diskreten
Komponenten angepasst ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer
Rolle mit einem selbstschmierenden Lager die Schritte:
- (a) Bereitstellen eines im Wesentlichen planaren Substrats;
- (b) Befestigen einer lasttragenden Schicht aus einem schmierfähigen Material
auf dem Substrat mittels eines Haftfilms oder einer porösen Bronze-Haftvermittlungsschicht;
- (c) Anwendung von Hitze und Druck auf die lasttragende Schicht,
um zu bewirken, dass der Haftfilm oder die poröse Haftvermittlungsschicht
die lasttragende Schicht an das Substrat bindet;
- (d) Formen der im Wesentlichen planaren Oberfläche des
Substrats in eine Röhre,
auf deren inneren Oberfläche
die lasttragende Schicht angeordnet ist; und
- (e) Anordnen des Substrats in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Eingriff mit einer inneren, röhrenförmigen Oberfläche eines
Elements, um so die Rolle zu bilden.
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1 ist
eine Unteransicht eines selbstschmierenden Verbinders der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht entlang 2-2 von 1, wobei optionale Bereiche des selbstschmierenden
Verbinders der vorliegenden Erfindung in Phantomdarstellung gezeigt
sind;
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils des Verbinders von 2 in vergrößerter Darstellung;
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4 ist
eine Aufrissquerschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
eines selbstschmierenden Verbinders der vorliegenden Erfindung in
einer typischen Installierung gezeigt, wobei optionale Bereiche
hiervon in Phantomdarstellung gezeigt sind.
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Wie in den Zeichnungen gezeigt, umfasst
die vorliegende Erfindung einen Verbinder 10, der, wie gezeigt,
als Buchse oder Lager gefertigt sein kann, welches durch Formen
eines laminierten Lagereinsatzes 12 in situ in einem Nylonelement
oder einer Rolle 14 gebildet wird. Der Verbinder 10 stellt
eine einstückige
selbstschmierende Vorrichtung bereit, um herkömmliche mehrstückige Lageranordnungen zu
ersetzen, welche typischerweise eine Nylonrolle mit einer integralen
Metallbüchse
in drehbarem Eingriff mit einem herkömmlichen Nadel- oder Zapfenlager
umfassen. Eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verbinder 10', der durch
Presspassung des laminierten Lagereinsatzes 12 in eine
Rolle 14' aus
einem metallischen Material gefertigt wird. Die Verbinder 10 und 10' der vorliegenden
Erfindung weisen gegenüber
dem Stand der Technik mehrere Vorteile auf, einschließlich einer
verbesserten Konzentrizität
zwischen Lagermaterial und Rolle, engeren Toleranzen und einer Eliminierung
von Teilen und Montageschritten.
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In der gesamten Offenbarung sollen
die Bezeichnungen „Selbstschmier-" oder „selbstschmierend" sich auf die Verwendung
eines Materials beziehen, welches eine ausreichende Lubrizität, um nominell
die Erfordernis der Anbringung eines getrennten Schmiermittels auf
eine Lageroberfläche
zu eliminieren, aufweist. Die Bezeichnung „axial" soll, wenn sie in Verbindung mit einem
hierin beschriebenen Glied verwendet wird, sich auf eine Richtung
relativ zu dem Glied beziehen, welche im Wesentlichen parallel zu dessen
Rotationszentrum a, wie in
den Figuren gezeigt, ist. Gleichermaßen soll sich die Bezeichnung „transversal" auf eine Richtung
im Wesentlichen orthogonal zur axialen Richtung beziehen. Die Bezeichnung „zylinderförmig" soll sich auf jede
im Wesentlichen zylinderförmige
Form beziehen, einschließlich
texturierter oder glatter Oberflächen,
welche für
den rollenden Eingriff mit einem anderen Element geeignet sind,
einschließlich
einer Oberfläche mit
Zähnen
wie beispielsweise auf der peripheren Oberfläche eines Getriebes beziehungsweise
Zahnrads oder mit Profilen beziehungsweise Aufstandsflächen wie
auf einer peripheren Oberfläche
eines Reifens oder Rades.
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Es wird nun detailliert auf die Zeichnungen Bezug
genommen, in denen der Verbinder 10 der vorliegenden Erfindung
in den 1–3 gezeigt ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt umfasst dieser Verbinder ein
Element 14, vorzugsweise in Form einer Rolle, mit einer
im Wesentlichen röhrenförmigen Konfiguration
mit konzentrischen zylinderförmigen
inneren und äußeren Oberflächen 16 und 18 mit Durchmessern di beziehungsweise do. Diese Durchmesser definieren eine transversale
Wanddicke t. Auch wenn eine
Rolle für
einige Anwendungen bevorzugt sein mag, kann des Element 14 alternativ
ein nichtkreisförmiges
Element mit einer darin angeordneten Bohrung vom Durchmesser di umfassen, ohne vom Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Beide axialen Enden des Elements 14 können offen
sein, oder als Alternative kann ein Ende durch eine Endwand 20,
wie in
2 gezeigt, geschlossen
sein, um dem Element 14 einem im Wesentlichen U-förmigen axialen
Querschnitt zu verleihen. Eine derartige Endwand 20 kann
bei einigen Anwendungen nützlich
sein, um eine axiale Bewegung des Verbinders 10 relativ
zu einer Achse oder Welle (ähnlich
der Achse 30 in 4)
in drehbarem Eingriff mit dem Verbinder 10, wie weiter
unten beschrieben, zu beschränken.
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Das Element 14 kann im Wesentlichen
aus jedem formbaren Material mit geeigneten mechanischen Eigenschaften
für eine
bestimmte Anwendung gefertigt werden. Beispielsweise können geeignete polymere
Materialien einschließlich
aushärtbarer
und thermoplastischer Materialien verwendet werden. Zu noch spezielleren
Beispielen zählen
Fluorpolymere, Acetale, Polycarbonat, Polyimide, Polyetherimid,
Polyetherketon (PEEK), Polyethylen, Polypropylen, Polysulfone (z.
B. Polyethersulfon), Polyamide (Nylon), Polyphenylensulfid, Polyurethan,
Polyester, Polyphenylenoxid und deren Mischungen und Legierungen. Außerdem können PPS,
PPSO2 und die Familie der aromatischen und
alphatischen Polyketone/-ether, PEI, Nylon 46 und/oder Nylon 66
verwendet werden.
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Der Lagereinsatz 12 ist
in konzentrischem Eingriff mit der inneren Oberfläche 16 des
Elements 14 angeordnet. Das offene Ende des Elements ist vorzugsweise
mit einem Flansch 22 (wie am besten in 3 gezeigt) versehen, um eine axiale Bewegung
des Lagereinsatzes 12 relativ zu dem Element zu beschränken. Ein ähnlicher
Flansch kann an dem geschlossenen Ende bereitgestellt sein, oder
alternativ kann der Lagereinsatz 12 direkt mit der Endwand 20 wie
gezeigt in Eingriff stehen. Auf diese Weise ist der Lagereinsatz 12 effektiv
zwischen Flanschen 22 und/oder einer Endwand 20 gefangen,
um eine axiale Bewegung des Einsatzes relativ zum Element 14 nominell
zu verhindern.
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Wie in 1 gezeigt,
enthält
das Element 14 eine beziehungsweise einen oder mehrere
Aushöhlungen
oder Hohlräume 24 in
dem Flansch 22, die durch Lokalisierfinger oder Abstandsstücke (nicht
gezeigt), welche mit dem Lagereinsatz 12 beim Spritzgießen des
Elements in Eingriff stehen, wie weiter unten detaillierter beschrieben,
gebildet sind.
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Mit Bezugnahme auf 3 kann ein Lagereinsatz 12 ein
laminiertes Lagermaterial des vorangehend beschriebenen Typs, wie
beispielsweise unter der Marke Norglide® verkauft,
enthalten. Wie gezeigt enthält
der Einsatz 12 eine lasttragende schmierfähige Schicht 26 laminiert
auf ein Substrat 28. Das Substrat 28 kann aus
verschiedenen Metallen gefertigt sein, wie beispielsweise Stahl,
Aluminium, rostfreiem Stahl, herkömmlichem Ziehgütestahlblech,
Messing oder anderen Legierungen, oder aus Kunststoffen, Keramik
oder Verbundstoffen unter Verwendung von Glas bzw. Glasfasern oder
Kohlenstofffasern. Es wird auch in Betracht gezogen, dass ein Stahlsubstrat
beschichtet mit poröser
Bronze, wie bei dem zuvor genannten DU-Lager verwendet, bei der
Herstellung des Lagereinsatzes 12 verwendet werden kann.
Wie oben erwähnt
besteht des DU-Lager aus einem Verbundmaterial, wobei eine poröse Bronzeschicht
mit einer Metallunterlage verbunden wird, und die poröse Bronzeschicht
mit einem Polymer wie beispielsweise PTFE imprägniert wird, wobei eine obere
Schicht oder Auskleidung aus Polymer hierauf angeordnet ist. Außerdem kann
das Substrat 28 mit Strukturen hierauf versehen sein, wie
in dem oben genannten U.S.-Patent Nr. 5,971,617 offenbart.
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Die lasttragende Schicht 26 kann
jede Anzahl geeigneter schmierfähiger
Substanzen enthalten, wie beispielsweise ein polymeres Material
oder Kunststoffmaterial, einschließlich zum Beispiel der Verbindungen,
welche in dem obengenannten '846 U.S.-Patent
offenbart sind. Zu bevorzugten Kunststoffmaterialen zählen im
Allgemeinen temperaturtolerante Polymersysteme umfassend organische
Polymere mit hoher Schmelztemperatur und/oder Systeme, welche durch
einen relativ geringen Reibungskoeffizienten gekennzeichnet sind.
Diese Materialien müssen
zur Anwendung oder Laminierung auf das Material, aus dem das Substrat
gefertigt ist, geeignet sein. In dieser Hinsicht sind Fluorpolymere
bevorzugte Haftfilme oder Haftvermittlungsschichten zur Verbindung
der Schicht 26 mit dem Substrat 28. Beispielsweise
kann durch die Auswahl eines geeigneten Haftfilms nominell jedes
organische Polymer als lasttragende Schicht 26 auf ein
Metallsubstrat 28 laminiert werden. Geeignete Haftfluorpolymerfilme sind
in den obengenannten U.S.-Patenten 5,573,846 und 5,860,780 offenbart.
Außerdem
müssen
sowohl die lasttragende Schicht 26 und das Substrat 28 Temperaturen,
welche typischerweise mit dem Spritzgießen des Elements, wie hierin
beschrieben, verbunden sind, standhalten können.
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Weitere Beispiele nützlicher
polymerer Materialien in der lasttragenden Schicht 26 umfassen
Fluorpolymere (zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), Fluorethylenpropylen
(FEP), MFA, PCTFE und Perfluoralkoxypolymer (PFA)), Acetal, Polycarbonat,
Polyimide, Polyetherimid, Polyetherketon (PEEK), Polyethylen, Polypropylen,
Polysulfone (z. B. Polyethersulfon), Polyamid (Nylon), Polyphenylensulfid,
Polyurethan, Polyester, Polyphenylenoxid und deren Mischungen und
Legierungen. Außerdem
können
PPS, PPSO2 und die Familie der aromatischen und
alphatischen Polyketone/-ether, PEI und/oder Nylon 46 als kontinuierliche
Matrix verwendet werden. Reaktive Polymere wie beispielsweise Polyimide
in fester Form (nichtumgesetzter Film) oder im Lösung können verwendet werden. Zum
Beispiel kann Polyimid P84, erhältlich
von Lending Co., möglicherweise
mit PTFE als Füllstoff,
direkt auf das Substrat 28 durch Beschichtung aufgebracht
werden, das Lösemittel
verdunsten und das Polymer vollständig imidisiert werden. Diese
reaktiven Polymere können
somit die kontinuierliche Matrix darstellen.
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Andere Polymere wie beispielsweise
ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) (welche dann mit Haftmittel
niedrigerer Temperatur, wie beispielsweise EVA, verbunden werden
können)
oder Polyamide können
ebenso verwendet werden.
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Das Laminat der Schicht 26 und
des Substrats 28 wird vorzugsweise als flache Lage gefertigt und
dann Hitze und Druck ausgesetzt, wie beispielsweise durch das Einsetzen
zwischen erhitzten Platten einer Presse, wobei zwischen der Schicht 26 und dem
Substrat 28 eine relativ feste Verbindung gebildet wird.
Das auf diese Weise gebildete Laminat dient somit als Lagereinsatz,
welcher zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
und kann zu jeder Anzahl anwendungsspezifischer Lagertypen weiter
gebildet oder geformt werden, wie beispielsweise Buchsen oder Zapfenlager,
Druckunterlagen und Gleitplatten und so weiter. Gleitplatten können beispielsweise
durch Verwendung flacher Bereiche, welche zu Kreisen, Quadraten
oder anderen Polygonen geschnitten werden, gebildet werden. Buchsen
oder Zapfenlager zur Verwendung der in den 1–4 gezeigten Ausführungsformen
können durch
Schneiden des Lagerlaminats in Streifen gebildet werden. Jeder dieser
Streifen kann wiederum zu hohlen Zylindern geformt werden, wobei
die lasttragende Schicht 26 auf der inneren zylinderförmigen Oberfläche hiervon
angeordnet wird, um den Lagereinsatz 12 zu bilden, wie
in den 1–4 gezeigt. Alternativ dazu
kann die Schicht 26 auf der äußeren Oberfläche der
hohlen Zylinder für
andere Anwendungen angeordnet sein. Zusätzliche Form- beziehungsweise
Bildungsschritte können
vorgesehen sein, falls diese für
bestimmte Anwendungen notwendig sind. Zum Beispiel können die
zylinderförmigen
Lagereinsätze 12 unter
Verwendung von Techniken, welche dem Fachmann bekannt sind, wie
zum Beispiel in dem Katalog „Norglide,
Norton Performance Plastics" Nr.
PPL-E-067-1 vom November 1993 (nachfolgend „Norglide-Katalog") beschrieben, geflanscht
werden (nicht gezeigt).
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Sobald der Lagereinsatz 12 ordnungsgemäß gebildet
ist, wird er in einen Formenhohlraum einer herkömmlichen Formvorrichtung, wie
beispielsweise einer Spritzgießmaschine
(nicht gezeigt), gegeben. Der Formenhohlraum ist in bekannter Weise
dimensioniert und geformt, um ein Element 14 mit einer
gewünschten
Geometrie herzustellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform,
wie gezeigt, ist der Formenhohlraum zur Herstellung eines Elements 14 in Form
einer Rolle oder einer anderen Vorrichtung vom Typ Rad dimensioniert
und geformt, wobei der Einsatz in konzentrischer Ausrichtung hiermit
gehalten wird, und zwar durch die Verwendung eines konzentrisch
angeordneten Passstiftes oder -bolzens (nicht gezeigt) in Eingriff
mit der lasttragenden Schicht 26. Abstandsstücke oder
Finger (nicht gezeigt) werden vorzugsweise verwendet, um den Lagereinsatz 12 in axial
beabstandeter Beziehung zur stromabwärtigen Wand der Form zu halten,
um die Bildung des Flansches 22 zu erleichtern. In der
gezeigten Ausführungsform
wird das Elementmaterial in den Formenhohlraum nahe der Endwand 20 hiervon
eingespritzt, um im Allgemeinen axial zum offenen Ende hin zu fließen, um
somit die Stromabwärtsrichtung
zu definieren. Ein Fachmann wird erkennen, dass der Druck, welcher
durch das eingespritzte Material erzeugt wird, dazu neigt, den Lagereinsatz 12 axial zum
offenen Ende des Hohlraums hin zu schieben. Die Abstandsstücke verhindern
nominell eine derartige Bewegung, um die erwünschte Beabstandung aufrechtzuhalten,
welche zur Bildung des Flansches 22 nötig ist. Der Lagereinsatz 12 wird
somit effektiv einsatzgeformt (das heißt, in situ geformt) mit dem Element 14.
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Es versteht sich jedoch, dass ein
Einspritzen des Elementmaterials von jeder Richtung mit jedem geeigneten
Mittel zur Verwendung zur Verhinderung einer unerwünschten
Bewegung des Lagereinsatzes 12 möglich ist, ohne vom Umfang der
vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist es möglich, Elementmaterial
vom offenen Ende des Elements einzuspritzen und Abstandsstücke am geschlossenen
Ende hiervon bereitzustellen.
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Vorteilhafterweise stellt die vorliegende
Erfindung einen selbstschmierenden Verbinder 10 bereit,
der die erwünschten
Verbindungseigenschaften aufweist, welche durch die zuvor genannten
Lagerlaminate bereitgestellt werden, während er ebenso die relativ
robusten strukturellen Eigenschaften aufweist, welche durch die
Wanddicke t des Elements 14 bereitgestellt
werden. In dieser Hinsicht kann die Dicke t bedeutend größer (das heißt eine
Größenordnung oder
mehr) als die Dicke des Substrats 28 sein. Außerdem wird,
wie oben erwähnt,
die erwünschte
Verbindungsfestigkeit teilweise durch den Druck erreicht, bis zu
welchem die Schicht 26 auf das Substrat 28 in
dessen planarer Konfiguration aufgebracht werden kann, wie beispielsweise
durch die Verwendung einer Hochdruckpresse. Die vorliegenden Erfindung
schafft ebenso eine verbesserte Ausrichtung (das heißt Konzentrizität) zwischen
dem Lagereinsatz 12 und dem Element 14. Diese
Konzentrizität wird
aufgrund der Präzision
erreicht, mit welcher der Lagereinsatz 12 mit dem Formenhohlraum
vor dem Formvorgang koaxial ausgerichtet werden kann. Die vorliegende
Erfindung kann daher vorteilhafterweise verwendet werden, um herkömmliche
Anordnungen, bei welchem ein Element in Eingriff mit einem getrennten
Nadellager verwendet wird, zu ersetzen. Die vorliegende Erfindung
schafft des weiteren verringerte Baugruppenkosten und Arbeitskosten
im Verhältnis
zu Anordnungen des Standes der Technik. Bei einer typischen Anwendung
kann die vorliegende Erfindung beispielsweise eine Verringerung
der Elementkosten von etwa 25% im Verhältnis zum Stand der Technik
schaffen, während
der Arbeitsschritt des Standes der Technik der Montage eines getrennten Nadellagers
in das Element ebenso eliminiert wird.
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Auch wenn das Element 14 vorzugsweise aus
einem polymeren Material spritzgegossen wird, wobei der Lagereinsatz 12 in
situ darin geformt wird, kann bei einer alternativen Ausführungsform
(nicht gezeigt) das Element 14 separat gefertigt werden, wobei
der Einsatz 12 anschließend daran angefügt wird.
Der Lagereinsatz 12 kann beispielsweise in das Element 14 nach
dessen Fertigung angefügt
werden und hierin unter Verwendung geeigneter Haftmittel etc. gehalten
werden, oder durch Presspassung des Einsatzes 12 in das
Element. Eine derartige Anordnung ermöglicht die Fertigung des Elements 14 aus einer
Vielzahl von anderen Materialien als den vorher genannten spritzgießbaren Materialien,
wie beispielsweise faserverstärkten
Verbundstoffen und/oder metallischen Materialien. Ein Fachmann wird
feststellen, dass der Flansch 22 eliminiert werden kann,
um ein derartiges Einsetzen zu erleichtern, und/oder nach dem Einsetzen
durch verschiedene Techniken bereitgestellt werden kann, wie beispielsweise
durch Tiefziehen des Elements oder durch Kleben oder sonstiges Befestigen
eines getrennten Flansches an das beziehungsweise an dem Element.
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Bei einer anderen Variation der vorliegenden Erfindung
kann ein nichtmetallisches Element 14 mit einer integrierten
Büchse 15 versehen
sein, in 1 in Phantomdarstellung
gezeigt, hergestellt durch jede geeignete Technik wie beispielsweise
Formung in situ hierin in der oben beschriebenen Weise. Der Lagereinsatz 12 kann
dann in konzentrischem Oberflächen-zu-Oberflächen-Eingriff
mit der Büchse 15 installiert
werden. Beispielsweise kann die Büchse 15 aus einem
metallischen Material hergestellt sein und der Lagereinsatz 12 durch
Presspassung darin installiert sein. Außerdem kann die Büchse 15 eine
texturierte äußere Oberfläche, wie
zum Beispiel mit sich radial auswärts erstreckenden Fingern 17,
welche dazu dienen, die Büchse 15 innerhalb
des Elements 14 zu verankern, aufweisen. Die Verwendung
dieser Büchse 15 mit
oder ohne Finger(n) 17 ermöglicht vorteilhafterweise die
Verwendung des Verbinders 10 der vorliegenden Erfindung
bei Anwendungen mit relativ hoher Beanspruchung.
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Auch wenn ein bevorzugtes Herstellungsverfahren
beschrieben wurde, können
Schritte hiervon modifiziert, eliminiert oder in unterschiedlicher
Reihenfolge ausgeführt
werden. Die Aufbringung der lasttragenden Schicht kann entweder
vor oder nach dem Flanschen eines oder beider Enden hiervon erfolgen.
In dieser Hinsicht kann eine geeignete Verbindungsfestigkeit zwischen
der Lagerschicht 26 und dem Substrat 28 durch
einen Haftfilm und die Anwendung von Hitze und/oder Druck auf diese
Anordnung, um sie durch jedes geeignete Mittel zu laminieren, wie
beispielsweise in U.S. 5,573,846 beschrieben, erreicht werden. Weitere
Möglichkeiten
zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit umfassen solche Techniken
wie Texturieren oder Bereitstellen von Strukturen an der Oberfläche des
Substrats, wie beispielsweise in dem oben genannten Patent 5,971,617
offenbart, oder durch Einschieben eines Gewebes oder anderen Gitters
zwischen dem Substrat und der Schicht 26, wie in dem oben
genannten Material der Lager „Norglide® M" verwendet. Die weniger
effektiven oben beschriebenen Lager des Standes der Technik weisen
keine solche Verbindung zwischen dem Substrat und der lasttragenden
Schicht auf.
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Mit Bezugnahme auf 4 umfasst eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Verbinder 10', welcher in
einer typischen Installierung vom Rollentyp gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform
ist der Lagereinsatz 12, welcher wie gezeigt als Röhre gebildet
ist und hierin oben beschrieben ist, integral in ein Element 14' installiert, welches
an beiden axialen Enden hiervon offen ist. Das Element 14' kann aus jedem
der oben beschriebenen Materialien hergestellt sein, umfassend polymere
Materialien oder Verbundmaterialien wie beispielsweise faser- (zum
Beispiel kohlenstofffaser- oder aramid- etc.) -verstärkte Harze
oder andere Matrizen, Nylon/Gummi-Verbundstoffe wie beispielsweise
Nylon 66 und metallische Materialien. Bei einer Ausführungsform
ist das Element 14' aus
einem metallischen Material zur Verwendung in Schiebeautotüren und
dergleichen gefertigt. Bei einer Variation dieser Ausführungsform
ist das Element 14' aus
einem polymeren Material, wie hierin oben beschrieben, mit oder
ohne Büchse 15 und/oder
Finger(n) 17 (in Phantomdarstellung gezeigt) hergestellt.
Der Verbinder 10' wird
vorzugsweise durch Presspassung des Lagereinsatzes 12 in
das Element 14' hergestellt,
falls das Element 14' aus
einem metallischen Material gefertigt ist und/oder eine metallische
Büchse 15 verwendet.
Alternativ dazu kann der Einsatz 12 in situ geformt oder
an der Verwendungsstelle geklebt werden, wie hierin oben in Bezug
auf den Verbinder 10 beschrieben.
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Sobald der Verbinder 10' zusammengebaut ist,
kann er wie gezeigt auf einer Achse 30 mit einer zylinderförmigen Niete 32 in
Oberflächen-zu-Oberflächen-Eingriff
mit der lasttragenden Schicht 26 (3) des Einsatzes 12 installiert
werden. Bei der gezeigten Ausführungsform
ist das Rollenlager 10' zwischen
einer Schulter 34 und einem Flansch 36 gehalten,
um nominell zu verhindern, dass das Lager 10' aus dem Eingriff mit der Achse 30 während des Betriebs
hiervon kommt.
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Zusätzlich zu den oben in Bezug
auf den Verbinder 10 erläuterten Vorteilen einschließlich reduzierter
Elementkosten und vereinfachter Montage und so weiter stellt eine
Ausführungsform
des Verbinders 10',
welcher als eine Rolle gefertigt ist, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit
und Verschleißfestigkeit
im Verhältnis
zu herkömmlichen
abgedichteten Lagern aus Rollen für eine verbesserte Lebensdauer des
Lagers bereit. Zum Beispiel werden Kosteneinsparungen von etwa 30–50 Prozent
im Verhältnis
zu ähnlich
dimensionierten herkömmlichen
abgedichteten Rollenlagern wie beispielsweise handelsüblichen abgedichteten
Rollenlagern „Torrington" erwartet. Ebenso
wird eine Leistungsverbesserung um etwa 10–20 Prozent erwartet, wie üblicherweise
durch Messung des Spielraums oder Spiels des Lagers nach der Verwendung
bestimmt. Ein üblicherweise verwendeter
derartiger Test misst den Winkel, in welchem eine Achse 30 (4) relativ zur Achse a des Elements 14 bewegt
oder gewackelt werden kann.
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Beispiel I
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Ein Verbinder 10 wurde wie
im Wesentlichen mit Bezug auf die 1–3 gezeigt und beschrieben als
Lager gebildet, wobei ein röhrenförmiger Einsatz 12 verwendet
wurde, welcher aus einem Streifen „Norglide® M
1.0" laminiertem
Lagermaterial mit einer Dicke von 1,0 mm (das heißt mit einem
Stahlsubstrat 28 mit einer Dicke von 0,5 mm mit einer PTFE-Lagerschicht 26 mit
einer Dicke von 0,5 mm einschließlich eines Metallgitters mit
einer Dicke von 0,25 mm) gebildet wurde. Vor der Formung in die
röhrenförmige Form
wies der Streifen eine Länge
von etwa 47 mm und eine Breite von etwa 16 mm auf. Der röhrenförmige Einsatz 12 wurde
einsatzgeformt in ein Element 18, hergestellt aus Delrin® 100
Polymer, und versehen mit einem Innendurchmesser di von etwa 13,7 bis 13,8 mm, einem Außendurchmesser do von etwa 25,4 bis 25,6
mm und einer Länge l (2) von etwa 24 mm. Dieses beispielhafte
Lager 10 wurde erfolgreich in einer Traktorsitzanordnung
betrieben, während
es ebenso eine Verringerung der Materialkosten um etwa 25 Prozent
relativ zu einer zweistückigen Vorrichtung
des Standes der Technik mit einem ähnlichen Delrin-Element mit
einer integralen röhrenförmigen metallischen
Büchse
angefügt
an ein herkömmliches
Nadellager schuf. Bei dem einstückigen Lager 10 wurde
ebenso der mit der zweistückigen Vorrichtung
des Standes der Technik einhergehende Montageschritt eliminiert.
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Beispiel II
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Bei einem anderen Beispiel werden
Verbinder 10 im Wesentlichen wie in Beispiel I erläutert gebildet,
wobei ein röhrenförmiger Einsatz 12 aus
Streifen von „Norglide® M" beziehungsweise „Norglide® T" mit einem metallischen
Substrat 28 aus Stahl oder Aluminium mit einer Dicke von
0,2 bis 2,0 mm mit einer PTFE-Lagerschicht 26 von 0,25
bis 1 mm Dicke verwendet wird. Die röhrenförmigen Einsätze 12 werden einsatzgeformt
in Elemente 14, hergestellt aus Nylon (Polyamid), und versehen
mit einem Innendurchmesser di von
etwa 6 bis 30 mm und einem Außendurchmesser do von etwa 10 bis 70 mm.
Es wird erwartet, dass diese beispielhaften Lager erfolgreich betrieben
werden, während
sie eine Reduzierung der Materialkosten von etwa 20 bis 30 Prozent
relativ zu ähnlich
dimensionierten zweistückigen
Vorrichtungen des Standes der Technik vom in Beispiel I beschriebenen
Typ bereitstellen, während
sie ebenso den mit einer derartigen zweistückigen Konstruktion verbundenen
Montageschritt eliminieren.
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Beispiel III
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Bei einem weiteren Beispiel werden
Lager 10 im Wesentlichen wie in Beispiel II erläutert gebildet, wobei
röhrenförmige Einsätze 12 verwendet
werden, welche in Elemente 18 eingesetzt werden, welche aus
einem Verbund- oder metallischen Material hergestellt sind, und
welche daran durch Haftmittel oder durch Dimensionieren der Einsätze und
Elemente zur Bereitstellung eines Presssitzes (das heißt Presspassung)
miteinander befestigt werden. Es wird erwartet, dass diese beispielhaften
Lager erfolgreich betrieben werden, während sie eine Reduzierung
der Materialkosten von etwa 20 bis 30 Prozent im Verhältnis zu ähnlich dimensionierten
zweistückigen Vorrichtungen
des Standes der Technik von dem in Beispiel I beschriebenen Typ
bereitstellen.
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Beispiel IV
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Bei noch weiteren Beispielen der
vorliegenden Erfindung wurden Verbinder 10' im Wesentlichen wie mit Bezug
auf 4 gezeigt und beschrieben
gebildet, wobei jeweilige röhrenförmige Einsätze 12 gebildet
aus Streifen von „Norglide® M
1.0", „Norglide® T
1.0", „Norglide® Pro
1.0 und „Norglide® SM
1.0" mit Exanol
von 1,0 mm Dicke (mit einem Stahlsubstrat 28 von 0,5 mm
Dicke mit einer PTFE-Lagerschicht 26 von 0,5 mm Dicke)
verwendet wurden. Die Streifen wurden dimensioniert und geformt,
um einen Presssitz mit den Elementen 14' bereitzustellen, welche aus Stahl
gefertigt sind, und deren Innendurchmesser di in einem Bereich von etwa 8,8 bis 9,1
mm liegt. Der Außendurchmesser do des Elements 14' lag in einem
Bereich von etwa 15 bis 30 mm. Diese beispielhaften Lager 10' wurden erfolgreich
betrieben, während
sie eine Reduzierung der Materialkosten von etwa 30–50 Prozent
im Verhältnis
zu einem ähnlich
dimensionierten herkömmlichen
abgedichteten Elementlager „Torrington" bereitstellten.
Diese Lager 10' wiesen
ebenso eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine Verbesserung
von etwa 10–20 Prozent
bezüglich
der Abnutzungslebensdauer im Verhältnis zu solchen abgedichteten
Elementlagern auf, wie durch Messung der Lageraxialabweichung nach
der Verwendung bestimmt.
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Beispiel V
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Bei einem weiteren Beispiel werden
Lager 10' im
Wesentlichen wie in Beispiel IV erläutert unter Verwendung eines
röhrenförmigen Einsatzes 12 gebildet
aus einem Streifen von „Norglide® M" oder „Norglide® T" mit einem metallischen Substrat 28 hergestellt
aus Stahl oder Aluminium mit einer Dicke von 0,2 bis 2,0 mm mit
einer PTFE-Lagerschicht 26 von 0,25 bis 1 mm Dicke gebildet.
Die röhrenförmigen Einsätze 12 werden
einsatzgeformt in Elemente 14', hergestellt aus einem polymeren
Material, und versehen mit einem Innendurchmesser di von etwa 10 bis 30 mm und einem Außendurchmesser do von etwa 15 bis 50 mm.
Es wird erwartet, dass diese beispielhaften Lager erfolgreich betrieben
werden, während sie
eine Reduzierung von etwa 30 bis 50 Prozent der Materialkosten im
Verhältnis
zu abgedichteten Elementlagern wie in Beispiel IV beschrieben bereitstellen,
während
sie ebenso eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine Verbesserung
der Abnutzungslebensdauer von 10 bis 20 Prozent bereitstellen.
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Beispiel VI
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Bei einem weiteren Beispiel werden
Lager 10' im
Wesentlichen wie in Beispiel V beschrieben gebildet, mit der Ausnahme,
dass Elemente 14' aus einem
polymeren Material gefertigt werden, wobei Büchsen 15 integral
hierin angeordnet werden. Die röhrenförmigen Einsätze 12 werden
in die Büchsen pressgepasst.