DD238510A3

DD238510A3 - Verfahren zur herstellung eines verbundgleitlager-materials

Info

Publication number: DD238510A3
Application number: DD25855783A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Barthel; Ralf Weller; Lothar Huebel; Reinhart Kunz
Original assignee: Karl Marx Stadt Automobilbau
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1986-08-27
Also published as: CH666225A5; GB8432149D0; JPS6250499B2; GB2153258A; GB2153258B; DE3444936C2; JPS60231732A; DE3444936A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlagermaterials aus einem Gemisch von Polytetrafluoraethylen, Blei und Phenolharz, welches auf eine metallische Unterlage unter Zwischenschaltung einer Haftvermittlungsschicht aufgetragen und unter Anwendung von wechselnden Druecken und Temperaturen zum Anhaften gebracht und verfestigt ist. Zur Erzielung eines guenstigen technologischen Ablaufes fuer ein Verbundgleitlager-Material mit besonders guten Lagereigenschaften im wartungsfreien Betrieb ist die Aufgabe gestellt, ein Verfahren aufzuzeigen, welches mit niederen Verfahrenstemperaturen durchfuehrbar ist. Erfindungsgemaess ist dies dadurch zu erreichen, dass eine Mischung aus 37 Gew.-% kristallines PTFE, 50 Gew.-% Bleipulver und 13 Gew.-% Phenolharz jeweils bestimmter Teilchengroesse auf eine mit einer Aluminiumpulver-Haftvermittlungsschicht versehenen Unterlage aufgetragen, das Phenolharz bei 85 C ueber 60 Minuten vorkondensiert wird, anschliessend die Aufschichtung bei 90 C verpresst, danach drucklos sei 145 C ausgehaertet und sodann bei 90 C nachverdichtet ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials aus einem vorzugsweise pulver- oder kömchenförmigen Gemisch von Polytetrafluoräthylen, Blei und Kunstharz, insbesondere Phenolharz, das auf eine vorbehandelte, metallische Unterlage, welche eine zusätzliche poröse Haftvermittlungsschicht aufweisen kann 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.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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 Betriebszuständen 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 bekanntwurden.

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 1065182, GB 1025036 oder US 2691814 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 327°C, vorzugsweise bei 350-400⁰C, ein als notwendig erachteter Verfahrensschritt.

Diese bekannten Gleitlager (DU-Lager) arbeiten wartungsfrei, jedoch ist ihre Herstellung schwierig und aufwendig. So ist zur Ansinterung des Bronzepulvers oder auch anderer Metalle eine sehr hohe Temperatur von beispielsweise 400⁰C bis 900⁰C erforderlich, was entsprechenden Energieaufwand und auch besondere Maßnahmen zur Vermeidung des Tragkörperverzuges erfordert. Energetisch nachteilig ist gleichfalls, daß der komplette Gleitlagerkörper zur Umkristallisation des PTFE über eine gewisse Zeit einer Temperatur über 327⁰C ausgesetzt und danach zur Erhaltung des amorphen Zustandes abgeschreckt werden muß. Schließlich ist von Nachteil, daß die Dicke der über der Sinterbronze liegenden Schicht im allgemeinen weniger als 50/u,m 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 Anwendungsfälle als nachteilig anzusehen ist.

In der DD-PS 61393 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 Sintergerüst 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"C erforderlich, um das in dem Gemisch enthaltene kristalline PTFE in einem amorphen Zustand zu überführen sowie diesen Zustand durch Abschreckmaßnahmen zu erhalten.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, unter Vereinfachung des technologischen Ablaufes ein Gleitlagermaterial mit besonders guten Lagereigenschaften ausschließlich bei wartungsfreiem Betrieb zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlagermaterials aufzuzeigen, welches mit niederen Verfahrenstemperaturen, etwa unter 18O⁰C, durchführbar ist. Dabei soll die aus PTFE, Blei und Phenolharz aufgebaute Laufschicht eine besonders große Haftfestigkeit zur metallischen Unterlage aufweisen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

— die Unterlage mit einem Phenolformaldehyd-Kondensationsprodukt mit einem Trockenanteil von 0,4-0,5g pro dm² benetzt, Aluminiumpulver in einer Schichtdicke zwischen 200-300μτη aufgebracht und nicht gebundene Aluminiumteilchen in an sich bekannter Weise entfernt, die Aluminiumschicht angewalzt sowie das folgende Phenolformaldehyd-Kondensationsprodukt zur Bildung der Haftvermittlungsschicht ausgehärtet wird;

— auf die Haftvermittlungsschicht Gleitlagermaterial, bestehend aus einer Mischung von 37Gew.-% kristallinem PTFE, 50Gew.-% Bleipulver und 13Gew.-% Phenolharz, aufgebracht und bei einer Temperatur von 85⁰C und einer Zeit von 60 Minuten vorkondensiert wird;

— folgend bei etwa 90⁰C und einem Druck von 20—40 MPa verdichtet und ausgehärtet wird;

— danach eine drucklose Wärmebehandlung für die Dauer von 25 Minuten bei etwa 145°C erfolgt und abschließend bei einer Temperatur von 90⁰C und einem Druck von 20-40MPa das Gleitlagermaterial nachverdichtet wird.

Für eine gute Bindung der metallischen und nichtmetallischen Bestandteile in der Gleitwerkstoffmischung untereinander und gegen die Unterlage ist es vorteilhaft, wenn die Teilchengröße bei Aluminiumpulver 10-20/xm, bei PTFE unter 600/am, bei Bleipulver unter 80μ,ιτι und bei Phenolharz unter 100/xm beträgt. Weiterhin wird eine besonders große Haftfestigkeit des Gleitlagermaterials auf der metallischen Unterlage durch die Haftvermittlungsschicht erreicht. Das Gleitlagermaterial kann anstelle in Pulverform auch pastös auf die Haftvermittlungsschicht aufgetragen sein. Dazu wird das Phenolharz in einer geeigneten Verdünnung beispielsweise in Spiritus gelöst, mit den anderen Bestandteilen vermischt und aufgestreut oder aufgerakelt. Die Flüssigkeitsbearbeitung hat den Vorteil der Staubbindung bei der Verarbeitung und einer Feinauflösung des Phenolharzes. Vor der Weiterverarbeitung ist jedoch dabei eine Abdunstung der Aufschichtung bei Raum-oder einer erhöhten Temperatur über eine gewisse Zeit erforderlich.

Das Vor- bzw. Nachverdichten des Gleitlagermaterials erfolgt durch Druckeinwirkung über 25 Sekunden. 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 Herstellungsprozeß sowohl eine thermische Schädigung des Phenolharzes gänzlich ausschließt als auch den Einsatz bestimmter Materialien für die Haftvermittlungsschicht, wie z. B. Aluminium, wegen der verminderten Oxidation vorteilhafter gestaltet. Zugleich hat sich Aluminiumpulver bei der angegebenen Technologie sehr gut bewährt, da dieses im Gegensatz zu Bronze wesentlich koaleszenter ist.

Ein weiterer Vorteil bei der Verfahrensdurchführung nach der Erfindung ist gleichfalls die drucklose thermische Aushärtung des Phenolharzanteiles in der Gleitlagermischung, diefür 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 in vielfältiger Weise ausgestaltbar und ist im folgenden anhand zweier Beispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Beispiel 1:

Ein 1,5mm dickes Stahlblech wird in einer Beize entfettet und danach die Oberfläche einseitig durch Anschleifen aufgerauht. Diese vorbehandelte Stahlblechoberfläche wird mit einem Bindemittel in Form eines Phenolformaldehyd-Kondensationsproduktes mit einem Trockenanteil von 0,4 bis 0,5g/dm² benetzt. Ein solches Bindemittel ist beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „Plastatherm 2355" bekannt. Auf diese klebende Bindemittel wird sodann ein Aluminiumpulver in einer Stärke von 200 bis300/nm bei einer bevorzugten Teilchengröße von 10 bis 20^m in einer geeigneten Einrichtung aufgestreut und unter leichtem Druck angewalzt. Nichtgebundene Aluminiumpulverteilchen werden durch Kippen des Stahlbleches entfernt. Durch anschließende Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 145⁰C über 30 Minuten wird das Bindemittel ausgehärtet. Hierbei nichtgebundene Aluminiumpulverteilchen werden abgebürstet, so daß insgesamt ein poröses Gefüge mit etwa 35% bis 40% Hohlräumen entsteht. Auf diese der Haftvermittlung dienenden Schicht wird eine trockene, homogene Gleitwerkstoffmischung aufgebracht, die sich aus 37Gew.-% kristallinen PTFE, 50Gew.-% Bleipulver und 13Gew.-% Phenolharz zusammensetzt, welche vorher intensiv vermischt wu rden.DieTeilchengrößen der eingesetzten Werkstoffe sind bei PTFE unter 600^m, bei Bleipulver unter 80/xm und bei Phenolharz unter 100^m. 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 85⁰C über 60 Minuten, um eine Vorkondensation des Phenolharzes zu erreichen. Sodann wird die aufgebrachte Gleitwerkstoffmischung gegen die Aluminiumpulverschicht und der 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 Kalender mit beheizten Walzen treten, deren Walzendurchmesser über 0,3 m betragen sollte. Nach der Verdichtung wird bei einer Wärmebehandlung von 145°C über 25 Minuten im drucklosen Zustand eine Aushärtung des Phenolharzes in der Gleitwerkstoffmischung erreicht. Anschließend wird die ausgehärtete Laufschicht bei einer Temperatur von 90°C 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 Gleitlagermaterials 2mm beträgt.

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

Beispiel 2:

Ein 0,5mm dickes Stahlblech wird wie im Beispiel 1 vorbehandelt und nach angegebener Technologie mit einer Aluminiumpulverschicht 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 Lösungsmittel unter kräftigem Rühren zugegeben, so daß eine breiartige, pastöse Masse gebildet wird. Diese ist mittels einer Rakeleinrichtung in 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 Verbundgleitlagermaterial 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 0,5MPa konnten bis zu einem Abrieb von 124μ,ηη beispielsweise 1500 bis 2500 Laufstunden gemessen werden, während unter den gleichen Bedingungen bei dem bekannten Lager etwa 250 bis 400 Stunden ermittelt wurden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlagermaterials, bei dem auf eine vorbehandelte metallische Unterlage eine Haftvermittlungsschicht — bestehend aus Aluminium sowie Kunstharz- und Gleitlagermaterial — bestehend aus einem Gemisch von vorzugsweise pulverförmigem oder körnigem Polytetrafluorethylen, Blei und Kunstharz vorzugsweise Phenolharz — aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß

— die Unterlage mit einem Phenolformaldehyd-Kondensationsprodukt mit einem Trockenanteil von 0,4—0,5g dm² benetzt, Aluminiumpulver in einer Schichtdicke zwischen 200-300/xm aufgebracht und nicht gebundene Aluminiumteilchen in an sich bekannterWeise entfernt, die Aluminiumschicht angewalzt sowie das folgende Phenolformaldehyd-Kondensationsprodukt zur Bildung der Haftvermittlungsschicht ausgehärtet wird;

— auf die Haftvermittlungsschicht Gleitlagermaterial, bestehend aus einer Mischung von 37Gew.-% kristallinem PTFE, 50Gew.-% Bleipulver und 13Gew.-% Phenolharz, aufgebracht und bei einer Temperatur von 85°C und einer Zeit von 60 Minuten vorkondensiert wird;

— folgend bei etwa 90°C und einem Druck von 20-40MPa verdichtet und ausgehärtet wird;

— danach eine drucklose Wärmebehandlung für die Dauer von 25 Minuten bei etwa 145⁰C erfolgt und abschließend bei einer Temperatur von 90⁰C und einem Druck von 20—40MPa das Gleitlagermaterial nach verdichtet wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver eine Teilchengröße von 10-20μπι, das PTFE unter 600μίτι, das Bleipulver unter 80/xm und das Phenolharz unter 100/um aufweist.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten und Nachverdichten des Gleitlagermaterials bei 9O⁰C über eine Zeitdauer von 25 Sekunden erfolgt.