CH666225A5

CH666225A5 - Verfahren zur herstellung eines verbundgleitlager-materials.

Info

Publication number: CH666225A5
Application number: CH616684A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Barthel; Ralf Dr Weller; Reinhart Kunz; Lothar Huebel
Original assignee: Textima Veb K
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1988-07-15
Also published as: DE3444936A1; GB2153258B; JPS6250499B2; DD238510A3; DE3444936C2; GB8432149D0; GB2153258A; JPS60231732A

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials aus einem vorzugsweise pulver- oder körnchenförmigen Gemisch von Polytetrafluoräthylen, Blei und Kunstharz, insbesondere Phenolharz, das auf eine vorbehandelte, metallische Unterlage mit einer porösen Haftvermittlungsschicht aufgetragen und unter Anwendung von wechselnden Drücken und Temperaturen zum Anhaften gebracht und verfestigt ist, derart, dass sich im Endzustand über die Haftvermittlungsschicht eine Gleitmaterialaufschichtung von wenigstens 0,2 mm ergibt.

Verbundgleitlager als Maschinenelemente zur Kraftübertragung von bewegten auf ruhende Maschinenteile sind in der Technik seit vielen Jahren bekannt. Sie bestehen aus mindestens zwei Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften: einen Stützkörper oder einer Unterlage, die den Lagerwerkstoff aufnimmt und hauptsächlich die Kraftaufnahme gewährleistet, und einer Lagerwerkstoffschicht, welche die Relativbewegung des bewegten zum ruhenden Lagerbestandteil ohne Störung in allen Betriebszu-ständen sichert. Je nach der Lagerbeanspruchung, gegeben durch die Grösse der aufzunehmenden Kräfte, der Gleitgeschwindigkeit und baulicher Besonderheiten, sind in Verbundgleitlagern verschiedene metallische und auch nichtmetallische Gleitwerkstoffe bisher verwendet worden.

Zu den bekanntesten metallischen gehören z.B. Bleibronzen, Zinn, Kadmium u.a., während als nichtmetallische Graphite und insbesondere Kunststoffe in Form von Phenolharz oder Polyfluorolefine bekannt wurden.

Um die Vorteile der verschiedensten Lagerwerkstoffe ausnutzen zu können, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, werden hochbelastete Gleitlager im allgemeinen mehrschichtig aufgebaut, wobei sich für wartungsfrei arbeitende Gleitlager die Beteiligung von Polytetrafluoräthylen (PTFE) als besonders zweckmässig erweist. Solche Gleitlager und deren Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der DE-AS 1 065 182, der GB-PS 1 025 036 oder der US-PS 2 691 814 bekannt. Hiernach ist auf einem metallischen Tragkörper nach entsprechender Vorbehandlung eine poröse Bronzepulverschicht aufgesintert. Auf dieses Sintergerüst ist kristallines PTFE allein oder in Verbindung mit metallischem Blei aufgebracht, wobei diese Beschichtung unter Temperaturanwendung in die poröse Sinterbronzeschicht eingedrückt ist. Um die PTFE-Partikel einerseits mit dem Sintergerüst zu binden und andererseits die mechanischen Eigenschaften des PTFE selbst günstiger zu gestalten, ist eine Temperaturbehandlung oberhalb des Kristallschmelzpunktes von 321°, vorzugsweise bei 350—400°, ein als notwendig erachteter Verfahrensschritt.

Diese bekannten Gleitlager (DU-Lager) arbeiten wartungsfrei, jedoch ist ihre Herstellung schwierig und aufwendig. Neben der Ansinterung des Bronzepulvers ist es besonders energetisch nachteilig, dass der komplette Gleitlagerkörper zur Umkristallisation des PTFE über eine gewisse Zeit einer Temperatur über 327 °C ausgesetzt und danach zur Erhaltung des amorphenen Zustandes abgeschreckt werden muss.

Schliesslich ist es von Nachteil, dass die Dicke der über der Sinterbronze liegenden Schicht im allgemeinen weniger als 50 |xm beträgt und diese dünne Schicht im praktischen Einsatz als Gleitlagermaterial vergleichsweise rasch abgetragen ist, so dass die Last mindestens teilweise auf dem Sintergerüst aufsitzt, was jedoch den Reibwert beträchtlich erhöht. Ausserdem ist es bei Laufschichten der angegebenen Dicke praktisch überhaupt nicht möglich, eine spanende Bearbeitung durchzuführen, was jedoch für mancherlei Anwendungsfalle als nachteilig anzusehen ist.

In der DE-PS 61 393 ist ein Verfahren zur Herstellung von Lagermaterial offenbart, das die Nachteile des vorbeschriebenen Gleitlagers weitgehend beseitigt. Hierbei wird auf eine metallische Unterlage, welche vorbehandelt wurde, ein kunstharzlösendes Bindemittel auf Butylacetatbasis aufgetragen und darüber ein pulver- oder körnchenförmiges Gemisch aus PTFE, Blei und Phenolharz im Gewichtsverhältnis 30:57:13 aufgebracht und bei wechselnden Drücken und Temperaturen verfestigt.

Obwohl dieses Verfahren ohne ein Sintergerät auskommt und somit die hohen Temperaturen für den Sinterprozess vermeidet und infolge einer stärkeren Laufschicht auch eine spanende Nachbearbeitung erfolgen kann, ist dennoch eine Erwärmung des Lagermaterials auf über 327° erforderlich, um das in dem Gemisch enthaltene kristalline PTFE in ei5

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nem amorphen Zustand zu überführen, sowie diesen Zustand durch Abschreçkmassnahmen zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlagermaterials für eine aus PTFE, Blei und Phenolharz aufgebaute Laufschicht aufzuzeigen, welches mit niederen Verfahrenstemperaturen,

etwa unter 100 C, durchführbar ist. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass

— zunächst auf eine mit der Unterlage verbundene Haftvermittlungsschicht eine trockene Aufschichtung einer Mischung eines Gleitwerkstoffes aus 37 Gew.% kristallinem PTFE, 50 Gew.% Bleipulver und 13 Gew.% Phenolharz in einer Einrichtung vorgenommen wird oder zur Aufschichtung des Gleitwerkstoffes dieser durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel und Zugabe der anderen Bestandteile in pastöser Form auf die Haftvermittlungsschicht aufgerakelt und bis zur Trocknung des Lösungsmittels abgedunstet wird, sodann eine

— Wärmebehandlung der beschichteten Unterlage zur Vorkondensation des Phenolharzes bei etwa 85 °C über 60 Minuten erfolgt, danach

— die Aufschichtung mit der Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von etwa 90 C und einem Druck von 20 bis 40 MPa verpresst wird, sodann zur Aushärtung des Phenolharzes eine

— drucklose Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 145 C über 25 Minuten erfolgt und anschliessend

— bei einer Temperatur von 90 "C und einem Druck von etwa 20 bis 40 MPa die Aufschichtung gegen die Unterlage nachverdichtet ist.

Die Flüssigbearbeitung durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel hat den Vorteil der Staubbindung bei der Verarbeitung und einer Feinauflösung des Phenolharzes. Vor der Weiterverarbeitung ist jedoch dabei eine Ab-dunstung der Aufschichtung bei Raum- oder einer erhöhten Temperatur über eine gewisse Zeit erforderlich.

Für eine gute Bindung der metallischen und nichtmetallischen Bestandteile in der Gleitwerkstoffmischung untereinander und gegen die Unterlage ist es vorteilhaft, wenn die Teilchengrösse bei PTFE unter 600 |xm, bei Bleipulver unter 80 um und bei Phenolharz unter 100 |im beträgt.

Die Haftung der Gleitwerkstoffschicht als auch der Haftvermittlungsschicht zur Unterlage, die vorzugsweise ein Stahlblech ist, kann dadurch verbessert werden, dass diese auf der Beschichtungsseite aufgerauht, insbesondere angeschliffen ist. Das Verpressen und Nachverdichten des Gleitlagermaterials kann bei einer Druckeinwirkung von 25 Sekunden erfolgen.

Durch die Erfindung werden die bekannten guten Laufeigenschaften von wartungsfreien Gleitlagern mit PTFE und metallischen Zusätzen im vollen Umfang erhalten. Es können aber durch Anwendung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung die bisher angewendete Wärmenachbehandlung und Abschreckung der Gleitlagerkörper entfallen. Die Erfindung bietet den überraschenden Vorteil, dass der Wegfall der üblicherweise als notwendig angesehenen Wärmebehandlung des PTFE über den Kristallisationsschmelzpunkt hinaus zur Umwandlung des Gefüges von kristallin in amorph sich als so positiv erweist, dass in Verbindung mit den angegebenen Verfahrensschritten bei Beteiligung von Phenolharz eine höhere Laufleistung erreicht wird und dass die Bindung der Laufschicht auf der Unterlage trotz der ausbleibenden hohen Temperaturbehandlung ausserordentlich gut ist. Eine sogenannte reversible Umformung des PTFE führt zwar zu einer mechanischen Verfestigung desselben, die für Gleitlagerwerkstoffe anderer Herstellungsart mit hoher PTFE-Beteiligung notwendig ist und auch angewendet wird. Bei der beschriebenen Verfahrensweise der Herstellung von Verbundgleitlagermaterial kann jedoch mit Vorteil hierauf verzichtet werden. Unter wartungsfreien Bedingungen kann dennoch ohne Einschränkung eine wesentlich höhere Lebensdauer erzielt werden, wobei die homogene Zusammensetzung der Laufschicht in voller Dicke als Trockenschmierstoff wirkt.

Der höhere Gebrauchswert des nach der Erfindung hergestellten Verbundgleitlagermaterials resultiert auch daraus, dass die geringe thermische Belastung im Herstellungspro-zess eine thermische Schädigung des Phenolharzes gänzlich ausschliesst. Ein weiterer Vorteil bei der Verfahrensdurchführung nach der Erfindung ist gleichfalls die drucklose thermische Aushärtung des Phenolharzanteiles in der Gleitlagermischung, die für die Verarbeitung von Phenolharzen der verwendeten Art nicht üblich ist, in Verbindung mit den anderen Verfahrensschritten hierbei aber die besonderen Vorteile bringt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand zweier Beispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Beispiel 1

Ein 1,5 mm dickes Stahlblech wird in einer Beize entfettet und danach die Oberfläche einseitig durch Anschleifen aufgerauht. Auf diese vorbehandelte Stahlblechoberfläche wird mit an sich bekannten Verfahren eine poröse metallische Haftvermittlungsschicht aufgebracht. Danach wird darauf eine trockene, homogene Gleitwerkstoffmischung aufgebracht, die sich aus 37 Gew.% kristallinen PTFE, 50 Gew.% Bleipulver und 13 Gew.% Phenolharz zusammensetzt, welche vorher intensiv vermischt wurden. Die Teilchengrösse der eingesetzten Werkstoffe sind bei PTFE unter 600 (im, bei Bleipulver unter 80 um und bei Phenolharz unter 100 um. In einer Streuvorrichtung oder Rakeleinrichtung wird die Aufschichtung von etwa 2,5 mm vorgenommen. Danach erfolgt in einem Ofen eine Wärmebehandlung des beschichteten Stahlbleches bei 85 C über 60 Minuten, um eine Vorkondensation des Phenolharzes zu erreichen. Sodann wird die aufgebrachte Gleitwerkstoffmischung gegen die Haftvermittlungsschicht und die Stahlunterlage bei einer Werkzeugtemperatur von etwa 90 °C und einem Druck von 20 bis 40 MPa über 25 Sekunden verdichtet. Anstelle einer Presse zur Verdichtung kann auch ein Kalander mit beheizten Walzen treten, deren Walzendurchmesser über 0,3 m betragen sollte. Nach der Verdichtung wird bei einer Wärmebehandlung von 1453 über 25 Minuten im drucklosen Zustand eine Aushärtung des Phenolharzes in der Gleitwerkstoffmischung erreicht. Anschliessend wird die ausgehärtete Laufschicht bei einer Temperatur von 90c und einer Druckeinwirkung von 20 bis 40 MPa über 25 Sekunden nachverdichtet. Hiernach lässt sich die Oberfläche der aufgetragenen PTFE-Blei-Phenolharzmischung auf gleichmässige Dicke abfräsen, so dass beispielsweise die Gesamtdicke des Gleitlagers 2 mm beträgt.

Das in Flächenform vorliegende Verbundgleitlagermate-rial kann sowohl als Bahn verwendet als auch zu gewünschten Formaten getrennt und zu Gleitlagerbuchsen gerundet oder beispielsweise zu Anlaufscheiben ausgestanzt werden.

Beispiel 2

Ein 0,5 mm dickes Stahlblech wird wie im Beispiel 1 vorbehandelt und mit einer Haftvermittlungsschicht versehen, sodann wird das Phenolharz der betrachteten Gleitlagerlaufschicht in einem geeigneten Mittel, beispielsweise in Spiritus, gelöst. Dieser Lösung sind die beiden übrigen Bestandteile, PTFE und Bleipulver, in den angegebenen prozentualen Anteilen sowie gegebenenfalls weiteres Lösemittel unter kräftigem Rühren zugegeben, so dass eine breiartige, pastose Masse gebildet wird. Diese ist mittels einer Rakeleinrichtung in

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einer Stärke von etwa 1,5 mm auf die Haftvermittlungsschicht aufgetragen. Vor der Weiterverarbeitung ist zunächst das Lösemittel in Abhängigkeit von der Auftragsstärke und der Umgebungstemperatur mehrere Stunden abzudunsten, beispielsweise 5 bis 20 Stunden bei Raumtemperatur. Danach folgen die weiteren Verfahrensschritte der Vorkondensation. Verdichtung, Aushärtung und Nachverdichtung wie im Beispiel 1 angegeben. Eine spanende Nachbearbeitung erfolgt ebenfalls, so dass ein Verbundgleitlager von beispielsweise 1 mm Gesamtdicke herstellbar ist.

Das Verbundgleitlagermaterial gemäss der Erfindung zeichnet sich durch besonders vorteilhafte Laufeigenschaften im wartungsfreien Betrieb aus. So wurden bei Laufversuchen mit Verbundgleitlagermaterial nach der Erfindung und nach bekannten Verfahren hergestellten Gleitlagern (DU-Lager) wesentlich höhere Laufzeiten erreicht. Bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 2,4 m/s eines Zapfens gegen eine Anlaufscheibe sowie einer spezifischen Flächenlast von 0,5 MPa konnten bei zu einem Abrieb von 124 |am beispielsweise 1 500 bis 2 500 Laufstunden gemessen werden, während unter den gleichen Bedingungen bei dem bekannten Lager etwa 250 bis 400 Stunden ermittelt wurden.

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1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials aus einem vorzugsweise pulver- oder körnchenför-migen Gemisch von Polytetrafluoräthylen, Blei und Kunstharz, insbesondere Phenolharz, das auf eine vorbehandelte metallische Unterlage mit einer porösen Haftvermittlungsschicht aufgetragen und unter Anwendung von wechselnden Drücken und Temperaturen zum Anhaften gebracht und verfestigt ist, derart, dass sich im Endzustand über die Haftvermittlungsschicht eine Gleitmaterialaufschichtung von wenigstens 0,2 mm ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass a) zunächst auf die mit der Unterlage verbundene Haftvermittlungsschicht eine trockene Aufschichtung einer Mischung eines Gleitwerkstoffes aus 37 Gew.% kristallinen PTFE, 50 Gew.% Bleipulver und 13 Gew.% Phenolharz in einer Einrichtung vorgenommen wird oder zur Aufschichtung des Gleitwerkstoffes dieser durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel und Zugabe der anderen Bestandteile in pastöser Form auf die Haftvermittlungsschicht aufgerakelt und bis zur Trocknung des Lösungsmittels abgedunstet wird, sodann eine b) Wärmebehandlung der beschichteten Unterlage zur Vorkondensation des Phenolharzes bei etwa 85 °C über 60 Minuten erfolgt, danach c) die Aufschichtung mit der Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von etwa 90 °C und einem Druck von 20 bis 40 MPa verpresst wird, sodann zur Aushärtung des Phenolharzes eine d) drucklose Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 145 C über 25 Minuten erfolgt und anschliessend e) bei einer Temperatur von 90 °C und einem Druck von etwa 20 bis 40 MPa die Aufschichtung gegen die Unterlage nachverdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleitwerkstoffmischung die Teilchengrösse bei PTFE unter 600 |im, bei Bleipulver unter 80 um und bei Phenolharz unter 100 um beträgt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen nach Verfahrensschritt c) und die Nachverdichtung nach Verfahrensschritt e) bei einer zeitlichen Druckeinwirkung von etwa 25 Sekunden erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage ein Stahlblech ist, welches auf der Be-schichtungsseite mechanisch oder chemisch aufgerauht, vorzugsweise angeschliffen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gleitlagerwerkstof- -fes eine spanende Nachbearbeitung, vorzugsweise durch Fräsen, erfahrt.