DE102009037262A1

DE102009037262A1 - Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht auf einem Gleitlagerbauteil und zugehöriges Gleitlagerbauteil

Info

Publication number: DE102009037262A1
Application number: DE102009037262A
Authority: DE
Inventors: Gudrun Martin; Cedric Dr. Zimmermann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17
Also published as: WO2011018343A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht auf einem Gleitlagerbauteil, bei dem auf das Gleitlagerbauteil mittels eines thermischen Spritzverfahrens eine poröse Beschichtung aufgebracht wird, bei der zumindest ein Teil der Poren mittels Vakuumimprägnierung mit einem Gleitwerkstoff versehen wird, wobei der Gleitwerkstoff in einer Suspension verwendet wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht auf einem Gleitlagerbauteil, bei dem auf das Gleitlagerbauteil mittels eines thermischen Spritzverfahrens eine poröse Beschichtung aufgebracht wird, bei der zumindest ein Teil der Poren mittels Vakuumimprägnierung mit einem Gleitwerkstoff versehen wird.
Hintergrund der Erfindung
Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff „Gleitlagerbauteil” umfasst insbesondere Gleitbuchsen und Gelenklager sowie andere Komponenten, die bei Hochleistungsgleitlagern eingesetzt werden. Derartige Hochleistungsgleitlager eignen sich für aggressive oder korrosive Medien wie Salzwasser, Öl oder dergleichen.
In der DE 10 2007 035 342 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht auf einer Gleitlagerkomponente vorgeschlagen, bei dem auf die Gleitlagerkomponente eine poröse Beschichtung aufgebracht und zumindest ein Teil der Poren mit einem Gleitwerkstoff versehen wird. Die Funktionalität und Zuverlässigkeit des Gleitlagers soll gesteigert werden, indem die poröse Schicht ein Reservoir für den Gleitwerkstoff bildet, der während des Betriebs fein dosiert abgegeben werden kann und als Langzeitschmierung dient.
Aus der EP 0 852 298 B1 ist ein Gleitlagerwerkstoff bekannt, bestehend aus einem metallischen Stützkörper, auf dem eine Bronzeschicht porös aufgesintert ist, deren Poren durch Vakuuminfiltration mit Polytetrafluorethylen gefüllt sind. Das PTFE ist in den Poren der Bronzeschicht eingelagert und fungiert als Festschmierstoff.
In dem Patent US 5 217 814 wird ein gesinterter Gleitwerkstoff beschrieben, bei dem auf einem metallischen Träger eine poröse Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgesintert ist, deren Poren mit einem Gleitwerkstoff gefüllt sind.
Aus der EP 1 412 112 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines selbstschmierenden Lagers bekannt, bei dem Bronzepulver gepresst und anschließend gesintert wird. Die Poren der gesinterten Bronze werden durch Vakuuminfiltration mit PTFE gefüllt.
Obwohl bei diesen bekannten Herstellungsverfahren für Gleitlagerkomponenten jeweils einzelne Aspekte verbessert wurden, besteht Bedarf an einem Herstellungsverfahren, das eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Gleitlagerbauteils ermöglicht, mit dem ein zuverlässiger und dauerhaft störungsfreier Betrieb möglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht auf einem Gleitlagerbauteil anzugeben, das eine einfache Herstellung eines dauerhaft störungsfrei einsetzbaren Gleitlagerbauteils ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Gleitwerkstoff in einer Suspension verwendet wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass eine optimale Infiltration des Gleitwerkstoffs in die Poren erzielt werden kann, wenn der Gleitwerkstoff in einer Suspension verwendet wird. Auf diese Weise gelangt der Gleitwerkstoff auch in Bereiche, die von der Oberfläche der porösen Beschichtung entfernt sind, sodass eine dauerhafte Versorgung der Gleitfläche mit dem Gleitwerkstoff sichergestellt ist. Durch die besonders homogene Verteilung des Gleitwerkstoffs kann bei allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Gleitschmierung erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für thermische Spritzverfahren wie Plasmaspritzen, Flammspritzen, Lichtbogenspritzen und Laserspritzen. Wenn die poröse Beschichtung durch eines dieser thermischen Spritzverfahren aufgebracht wird, ergibt sich eine besonders dauerhafte poröse Beschichtung mit einer optimalen Oberflächenstruktur.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann eine metallische Beschichtung aufgebracht werden, die insbesondere aus Bronze oder einer Bronze enthaltenden Legierung besteht. Gegebenenfalls kann die Beschichtung in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Einsatzzweck auch nichtmetallische Werkstoffe enthalten.
Besonders bevorzugt wird es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass der Gleitwerkstoff in einer Suspension mit Wasser, einem Kunststoff oder einem Kunstharz verwendet wird. Mittels dieser Suspensionen, die unterschiedliche Trägerflüssigkeiten enthalten, wird das Einbringen des Gleitwerkstoffs in die Poren erleichtert. Als Kunstharze können insbesondere Polyacrylmethacrylat, Methacrylat-Monomere oder Acrylat-Monomere verwendet werden. Auf diese Weise wird der Gleitwerkstoff in dem Kunstharz gebunden und allmählich abgegeben.
Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erzielt werden, indem die Suspension mit einem Emulgator versehen wird. Durch die Verwendung des Emulgators wird die Vermengung des Gleitwerkstoffs mit der Trägerflüssigkeit verbessert und stabilisiert, ein selbsttätiges Entmischen der flüssigen und der festen Phase wird vermieden.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass eine Suspension mit Polyamidimid (PAI), Phenol, Polyesterimid (PESI), Polyimid (PI) oder Polyetherimid (PEI) verwendet wird. Diese Substanzen können Bestandteile des Kunstharzes sein, das mit dem Gleitwerkstoff in einer Suspension verwendet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine optimale Gleitschicht erzeugt werden, wenn eine oder mehrere der folgenden Substanzen als Gleitwerkstoff in Pulverform, als Partikel, Fasern, Nanotubes, Plättchen oder Sphären verwendet wird bzw. werden: Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid.
Daneben betrifft die Erfindung ein Gleitlagerbauteil, mit einer Gleitschicht, die eine poröse Beschichtung aufweist, bei der zumindest ein Teil der Poren mit einem Gleitwerkstoff versehen ist.
Das erfindungsgemäße Gleitlagerbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass es nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Gleitlagerbauteil in einer geschnittenen Ansicht;
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Gleitlagerbauteils von 1 im Bereich der Gleitschicht;
3 ein Schliffbild eines erfindungsgemäßen Gleitlagerbauteils; und
4 ein Schliffbild eines weiteren erfindungsgemäßen Gleitlagerbauteils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gleitlagerbauteils 1, das als einteiliges Gelenklager ausgebildet ist. Das Gleitlagerbauteil weist einen Außenring mit einem Ringkörper 2, einer äußeren Mantelfläche 3 und einer inneren Mantelfläche 4 auf. Auf der inneren Mantelfläche 4 ist eine Gleitschicht 5 mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht worden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine poröse Beschichtung 6 durch Plasmaspritzen aufgebracht. Die poröse Beschichtung 6 besteht aus Bronze. Die Beschichtung 6 weist eine poröse Oberfläche 7 auf, in deren Poren ein Gleitwerkstoff 8 eingebracht ist, der in die Poren 9 der Beschichtung infiltriert ist. Der Gleitwerkstoff 8 wird dabei in einer Suspension verwendet, wobei Wasser als Trägermaterial eingesetzt wird. Nach dem Trocknen des Wassers verbleibt der Gleitwerkstoff 8 in den Poren 9, wodurch die gewünschte Gleitschicht hergestellt wird. In diesem Fall umfasst der Gleitwerkstoff 8 eine Mischung aus Graphit 10 und Polytetrafluorethylen (PTFE) 11.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Gleitlagerbauteils von 1 im Bereich der porösen Beschichtung. Auf der inneren Mantelfläche 4 des Ringkörpers 2 befindet sich die mittels Plasmaspritzen aufgebrachte poröse Beschichtung 6, deren Poren 9 mit der Suspension gefüllt sind, die den Gleitwerkstoff enthält. Die poröse Oberfläche 7 ist mit dem Gleitwerkstoff beschichtet, wodurch die Gleitschicht gebildet wird. Die für die Vakuumimprägnierung verwendete Suspension weist 55 bis 65 Gewichtsprozent PTFE, 33,5 bis 42,5 Gewichtsprozent Wasser und 0,5 bis 3 Gewichtsprozent eines Emulgators auf. Eine andere Suspension weist Polyamidimid, Phenol, Polyesterimid, Polyimid oder Polyetherimid als Trägerflüssigkeit auf. Bei einer anderen Suspension wird dünnflüssiges Polyacrylmethacrylat als Trägermittel verwendet, dem die Schmierstoffe Graphit und PTFE in unterschiedlichen Mengen beigemischt werden. Eine Suspension weist 20 Gewichtsprozent Graphit auf, eine andere Suspension weist 10 Gewichtsprozent PTFE auf, eine weitere Suspension enthält 5 Gewichtsprozent PTFE und 5 Gewichtsprozent Graphit.
3 zeigt ein Schliffbild eines nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Gleitlagerbauteils. In diesem Fall enthält die Suspension 20 Gewichtsprozent Graphit. In 3 erkennt man ein Grundmaterial 13, auf das die Poren aufweisende Beschichtung 6 aufgebracht wurde. Ebenso ist die aus dem Gleitwerkstoff bestehende Gleitschicht 12 sichtbar. Wesentlich ist dabei, dass im Bereich der porösen Beschichtung 6 sämtliche Poren vollständig mit dem Gleitwerkstoff gefüllt sind.
4 zeigt ein Schliffbild eines weiteren Gleitlagerbauteils, das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Auch in diesem Fall erfolgte die Vakuumimprägnierung mit einer Suspension, die 20 Gewichtsprozent Graphit enthält. Auf dem Grundmaterial 13 befindet sich die durch Plasmaspritzen erzeugte poröse Beschichtung 6 und auf dieser die Gleitschicht 12. Es ist erkennbar, dass nahezu alle Poren der porösen Beschichtung 6 mit dem Gleitwerkstoff gefüllt sind. Die Vakuumimprägnierung erfolgte mit einer Suspension, die aus Graphit als Festschmierstoff und einem Kunstharz besteht, wobei Polyacrylat-Methacrylat verwendet wurde.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlagerbauteil
2: Ringkörper
3: äußere Mantelfläche
4: innere Mantelfläche
5: Gleitschicht
6: Beschichtung
7: Oberfläche
8: Gleitwerkstoff
9: Poren
10: Graphit
11: Polytetrafluorethylen
12: Gleitschicht
13: Grundmaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007035342 A1 [0003]
- EP 0852298 B1 [0004]
- US 5217814 [0005]
- EP 1412112 B1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gleitschicht auf einem Gleitlagerbauteil, bei dem auf das Gleitlagerbauteil mittels eines thermischen Spritzverfahrens eine poröse Beschichtung aufgebracht wird, bei der zumindest ein Teil der Poren mittels Vakuumimprägnierung mit einem Gleitwerkstoff versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitwerkstoff in einer Suspension verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzverfahren aus der Gruppe umfassend Plasmaspritzen, Flammspritzen, Lichtbogenspritzen und Laserspritzen, gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische Beschichtung, insbesondere aus Bronze oder einer Bronze enthaltenden Legierung, verwendet wird
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitwerkstoff in einer Suspension mit Wasser, einem Kunststoff oder einem Kunstharz, insbesondere Polyacrylmethacrylat, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunstharz mit Methacrylat- oder Acrylat-Monomeren verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspension mit einem Emulgator verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspension mit Polyamidimid (PAI), Phenol, Polyesterimid (PEST), Polyimid (PI) oder Polyetherimid (PEI) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der folgenden Substanzen als Gleitwerkstoff in Pulverform, als Partikel, Fasern, Nanotubes, Plättchen oder Sphären verwendet wird bzw. werden: Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid.
Gleitlagerbauteil, mit einer Gleitschicht, die eine poröse Beschichtung aufweist, bei der zumindest ein Teil der Poren mit einem Gleitwerkstoff versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerbauteil (1) nach einem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.