DE102011002290A1

DE102011002290A1 - Gleitlager mit selbstschmierender Gleitschicht

Info

Publication number: DE102011002290A1
Application number: DE102011002290A
Authority: DE
Inventors: Tadahiko KARAKI; Kentaro Ishikawa; Motoharu Akiyama; Kunihiro Matsumoto
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2011-10-27
Also published as: CN102235425B; US20140169713A1; JP5759239B2; CN102235425A; US8690438B2; US20110262059A1; US9080605B2; JP2011247408A

Abstract

Das Gleitlager hat einen metallischen Außenring und eine selbstschmierende Gleitschicht, die an der inneren Umfangsfläche des Außenrings angeformt ist. Die selbstschmierende Gleitschicht hat eine selbstschmierende Kunstharzzusammensetzung, bestehend aus einer Mischung von 60 bis 80% Massenanteil Polyetherketon-basiertem Kunstharz, 10 bis 30% Massenanteil Polytetrafluorethylen, 5 bis 15% Massenanteil Kohlefaser und nicht mehr als 15% Massenanteil Aramidfasern, wobei die Gesamtmenge von Kohlefasern und Aramidfasern zusammen, zwischen 10 bis 25% Massenanteil beträgt. Die innere Umfangsfläche des Außenrings weist eine Oberflächenrauhigkeit, ausgedrückt durch die durchschnittliche Mittelliniengenauigkeit von nicht weniger als Ra = 4,0 μm, und eine Oberflächenrauhigkeit in Bezug auf die maximale Höhe von nicht weniger als Rmax = 30,0 μm auf, und Außenring und selbstschmierende Gleitschicht sind einstückig ausgeformt. Ein Verfahren zur Herstellung des Lagers wird ebenfalls angegeben.

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein selbstschmierendes Gleitlager, insbesondere auf ein Material für eine selbstschmierende Gleitschicht, das auf einer gleitenden Fläche des selbstschmierenden Gleitlagers verwendet wird. Stand der Technik
In Lager zur Halterung einer rotierenden Welle sind Gleitlager, bei denen die Welle durch eine zylindrische Gleitfläche gehalten wird, weit verbreitet. Insbesondere werden selbstschmierende Gleitlager, bei denen Schmieröl oder sonstige Gleitmittel auf der schmierenden Fläche überflüssig sind, für Anwendungen eingesetzt, bei denen ein niedriger Reibungskoeffizient, hohe Haltbarkeit, hohe Belastbarkeit, hohe Hitzebeständigkeit, hohe Beständigkeit gegen Öl und ähnliche Substanzen, gefordert werden, wie zum Beispiel im Flugzeugbau.
Zum Beispiel ist ein für große Belastungen ausgelegtes sphärisches Gelenklager (spherical bearing) nach dem Stand der Technik B₅ allgemein bekannt, das aus einem Außenring 13 mit einer konkaven ersten Gleitfläche und einem Innenring 32 mit einer konvexen zweiten Gleitfläche besteht, die mit der ersten Gleitfläche in gleitender Verbindung steht, wie es in Schnittzeichnung 5 abgebildet ist (Siehe Patentdokument 1).
In diesem sphärischen Gelenklager besteht ein Element aus einer Titanlegierung dessen Gleitfläche aus Titannitrid besteht, das durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD) aufgebracht wird. Die andere Gleitfläche ist mit einer selbstschmierenden Gleitschicht 23 versehen. Die selbstschmierende Gleitschicht 23 besteht aus einem Gewebe aus PTFE (Polytetrafluorethylen)- und Polyaramid-Fasern.
Das Gewebe ist mit Phenolharz durchtränkt. Ein dem Stand der Technik entsprechendes, selbstschmierendes Gleitlager in dem eine ähnliche, aus Gewebe bestehende, selbstschmierende Gleitschicht an eine innere Gleitfläche durch Klebung angebracht wird.
Des weiteren wird in Patentdokument 2, eine selbstschmierende Gleitschicht (selflubricating liner) offenbart, die aus einer wärmehärtenden Acryl-Mischung besteht, die einen Massenanteil von 20% oder mehr an Dipentaerythritolpentaacrylat und 10% Massenanteil oder mehr eines festen Schmierstoffs, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen enthält.
In Patentdokument 2 wird aufgezeigt, dass 20% oder mehr Massenanteil an Triethylenglycol-dimethacrylat und 1% oder weniger Massenanteil Aramid-Faserstoff der selbstschmierenden Beschichtung hinzugefügt werden können. Ferner wird ein sphärisches Gelenklager nach dem Stand der Technik B₆ offenbart, bei dem eine selbstschmierende Gleitschicht 24 an der inneren Gleitfläche eines Außenrings 14 angeordnet ist, wie in 6 zu sehen ist.
Des weiteren wird ein Gleitlager aufgezeigt, das der drehbaren Lagerung der Impellerwelle einer Kühlwasser-Umwälzpumpe in Verbindung mit einer Brennstoffzelle dient, und in dem das Material, aus dem das Gleitlager hergestellt wird, aus einem Kunstharz wie z. B. einem Kunstharz auf der Basis von Polyetherketon besteht, das keine Metall-Ionen enthält (Siehe Patentdokument 3).
In Patentdokument 3 wird Polyetheretherketon (PEEK) als das Kunstharz erwähnt, das keine Metall-Ionen enthält. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Abriebeigenschaften eines solchen Kunstharzes auf der Basis von Polyetherketon, ist es vorteilhaft einen faserhaltigen Füllstoff, wie z. B. Kohle- oder Aramidfasern und einen festen Schmierstoff wie z. B. Fluor-Harz oder Graphit hinzuzufügen. Die Füllstoffe im Kunstharz auf der Basis von Polyetherketon können einen Massenanteil zwischen 3 und 60 aufweisen. Der wünschenswerte Massenanteil an zugesetzten Kohlefasern wäre 5 bis 40 Massenanteile auf 100 Massenanteile Polyetherketon-Kunstharz, oder noch besser 10 bis 30 Massenanteile. Als fester Schmierstoff werden fluorhaltiges Kunststoffpulver, wie z. B. PTFE, PFA oder ähnliche, sowie Graphit oder ähnliches aufgezeigt. Der hinzugefügte Anteil des festen Schmierstoffes beträgt 1 bis 40 Massenanteile, vorzugsweise 5 bis 30 Massenanteile, oder noch besser 5 bis 20 Massenanteile auf 100 Massenanteile des Kunstharzes auf der Basis von Polyetherketon. Zur Herstellung eines Gleitlagers, bestehend aus einem zylindrischem Kunststoffkörper, werden die oben genannten Materialien zum Gießen gemischt, durch Erwärmen auf einen Temperaturbereich von 400 bis 420°C erweicht, in eine Gussform eingebracht, ausgehärtet, und aus der Form entnommen.
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Publikation Nr. 2007-255712
Patentdokument 2: US Patent No. 6180574
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Publikation Nr. 2006-9819
Da die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Gleitlager im Flugzeugbau Anwendung finden, werden bei ihnen zusätzlich zu einem niedrigen Reibungskoeffizient hohe Belastbarkeit, hohe Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegen Öl gefordert. Des weiteren ist es für die Flugzeughersteller von Vorteil, wenn beim Zusammenbau eines Gleitlagers, die Passgenauigkeit durch Größenanpassung des Gleitflächendurchmessers des Gleitlagers mittels Schleifen oder Schneiden erzielt werden kann, anstatt eine Anpassungsänderung des Wellendurchmessers vornehmen zu müssen.
Da die in Patent-Dokument 1 offenbarte, selbstschmierende Gewebe-Gleitschicht jedoch in Kunstharz getränkte gewebte Fasern enthält, kann ihr Durchmesser nicht durch ein Schleif- oder Schneidverfahren angepasst werden, da dabei die Fasern zerschnitten werden könnten und die gewebte Gleitschicht dadurch beschädigt würde.
Des weiteren ist die Herstellbarkeit der selbstschmierenden Beschichtung, wie sie in Patentdokument 2 offenbart wird, aufwendig, da sie auf wärmehärtendem Acrylharz basiert.
Ferner verfügt das in Patentdokument 3 aufgezeigte Gleitlager nicht über eine ausreichende Festigkeit für die Anwendung im Flugzeugbau, da die Gleitlager vollständig aus Kunstharz hergestellt sind. Obwohl ferner ein von Metall-Ionen freies Kunstharz als Gleitlager zur drehbaren Lagerung der Impellerwelle einer Kühlwasser-Umwälzpumpe geeignet ist, ist es fraglich, ob es im Flugzeugbau verwendet werden kann, da dort hohe Belastbarkeit, hohe Hitzebeständigkeit, hohe Beständigkeit gegen Öl und ähnliche Substanzen gefordert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Umstände gemacht, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein metallisches Gleitlager bereit zu stellen, das über eine selbstschmierende Gleitschicht verfügt, wobei die Gleitschicht einen niedrigen Reibungskoeffizienten, hohe Haltbarkeit, hohe Belastbarkeit, hohe Wärmebeständigkeit und eine hohe Beständigkeit gegen Öl aufweist und deren Durchmesser durch Schleifen oder Schneiden angepasst werden kann. Es gilt zu beachten, dass die selbstschmierende Gleitschicht gemäß der vorliegenden Erfindung nachstehend als eine ”bearbeitbare Gleitschicht” bezeichnet werden kann, da ihre Abmessungen durch maschinelle Bearbeitung angepasst werden kann. Die selbstschmierende Gleitschicht kann eine selbstschmierende Buchse bzw. Laufbuchse sein.
Ein Gleitlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager einen metallischen äußeren Ring aufweist, sowie eine selbstschmierende Gleitschicht, die an einer inneren Umfangsfläche des äußeren Rings ausgeformt ist. Die selbstschmierende Gleitschicht besteht aus einer selbstschmierenden Kunstharzzusammensetzung, die eine Mischung von 60 bis 80% Massenanteile Kunstharz auf Polyetherketon-Basis, 10 bis 30% Massenanteile Polytetrafluorethylen, 5 bis 15% Massenanteil Kohlefaser und nicht mehr als 15% Massenanteil Aramidfaser aufweist, wobei die Gesamtmenge an Kohle- und Aramidfasern einen Massenanteil von 10 bis 25% aufweist, die innere Umfangsfläche des äußeren Rings eine Oberflächenrauhigkeit, ausgedrückt durch die durchschnittliche Mittelliniengenauigkeit, von nicht weniger als R_a = 4,0 μm, und eine Oberflächenrauhigkeit in Bezug auf die maximale Höhe, von nicht weniger als R_max = 30,0 μm aufweist, wobei äußerer Ring und selbstschmierende Gleitschicht einstückig ausgebildet sein können. Dabei sind die Oberflächenrauhigkeiten R_a and R_max gemäß Japanese Industrial Standard JIS B0601:2001 definiert.
Ferner ist das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Gleitlagers dadurch gekennzeichnet, dass es einen Fertigungsschritt zur Oberflächenbehandlung der inneren Umfangsfläche des metallischen Außenrings beinhaltet, so dass nach der Behandlung die Oberflächengenauigkeit ausgedrückt durch die durchschnittliche Mittelliniengenauigkeit nicht weniger als R_a = 4,0 μm, und die Oberflächenrauhigkeit in Bezug auf die maximale Höhe nicht weniger als R_max = 30,0 μm beträgt, und ferner einen weiteren Fertigungsschritt beinhaltet, bei dem 60 bis 80% Massenanteil eines auf Polyetherketon basierendes Kunstharz mit 10 bis 30% Massenanteil Polytetrafluorethylen, 5 bis 15% Massenanteil Kohlefasern und nicht mehr als 15% Massenanteil Aramidfasern vermischt werden, um eine Kunstharzzusammensetzung für die selbstschmierende Gleitschicht zu erhalten, wobei die Summe von Kohlefasern und Aramidfaser 10 bis 25% Massenanteile beträgt, sowie einen Fertigungsschritt zum Anformen der selbstschmierenden Gleitschicht an die innere Umfangsfläche des äußeren Rings durch Spritzgießen der Kunstharzmischung.
In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die innere Umfangsfläche des äußeren Rings entweder nach innen oder nach außen gewölbt ist, d. h. der innere Durchmesser des äußeren Rings von einem Randbereich zu einem axial zentralen Bereich des äußeren Rings hin zu- oder abnimmt, und die innere Umfangsfläche der selbstschmierenden Gleitschicht zylindrisch ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich, da die selbstschmierende Gleitschicht keine gewebte Fasern enthält, deren Gleitfläche durch z. B. Schleifen und Schneiden oder ähnliches so bearbeiten, dass eine enge Passung zwischen Lager und Welle erzielt werden kann. Das ist bei herkömmlichen Gleitschichten auf der Basis von Gewebe, die PTFE beinhalten, nicht möglich. Des weiteren lässt sich durch die Verwendung eines Kunstharzes auf der Basis von Polyetherketon, bei dem es sich um ein Harz mit wärmebeständiger thermoplastischer Grundmasse handelt, eine bessere maschinelle Herstellbarkeit als bei herkömmlichen selbstschmierenden Beschichtungen auf der Basis von wärmeaushärtendem Acrylharz erzielen, da es möglich ist, sie im Spritzgussverfahren herzustellen. Da ferner der tragende Teil des Lagers aus Metall besteht und nur die Gleitfläche aus der selbstschmierenden Gleitschicht hergestellt wird, führt dies zu einer erheblich verbesserten Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Lagern, bei denen der ganze Lagerkörper aus Kunstharz besteht. Des Weiteren lässt sich eine Abspaltung (Ablösung) des metallischen Außenrings von der Gleitschicht durch Optimieren der Oberflächenrauhigkeit der inneren Umfangsfläche des Außenrings verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Schnittdarstellung, in der eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird, und 1B ist eine Draufsicht hiervon.
2A ist eine Schnittdarstellung, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 2B ist eine Draufsicht davon.
3A ist eine Schnittdarstellung, die ein Lager gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 3B ist eine Draufsicht hiervon.
4 ist eine Schnittdarstellung, die eine Belastungsprüfung an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
5 ist eine Schnittdarstellung, die ein herkömmliches Gleitlager nach Patentdokument 1 zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Gleitlager nach Patentdokument 2 zeigt.
7 ist eine Schnittdarstellung, die ein herkömmliches Gleitlager in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
8 ist eine Schnittdarstellung, die ein herkömmliches Gleitlager in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein typisches Beispiel für eine Kraft-Verformungs-Kurve darstellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend detailliert erläutert. 1 zeigt ein Gleitlager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Gleitlager B₁ ist so aufgebaut, dass eine Schicht, bestehend aus einer selbstschmierenden Gleitschicht 20, an einer inneren Umfangsfläche eines metallischen Außenrings 10 angeformt ist. Da die Oberflächenrauhigkeit der inneren Umfangsfläche des metallischen Außenrings 10, wie nachstehend beschrieben wird, optimiert wurde, sind der metallische Außenring 10 und die selbstschmierende Gleitschicht 20 einstückig miteinander verbunden. Dadurch wird selbst beim Auftreten großer Kräfte zwischen dem äußeren Ring und der Welle (oder dem innerem Ring im Falle des sphärischen Gelenklagers), die (der) vom äußeren Ring gehalten wird, eine Abspaltung der selbstschmierenden Gleitschicht verhindert. Da das tragende Element des Gleitlagers, d. h. der Außenring, aus Metall hergestellt ist, lassen sich Probleme wie übermäßige Verformung selbst unter starken Belastungsbedingungen vermeiden Daraus ergibt sich eine verbesserte Langzeit-Haltbarkeit des Lagers.
In dem in den Abbildungen 1A und 1B gezeigtem Gleitlager B₁, weist der Außenring 10 eine zylindrische innere Umfangsfläche auf, und die Gleitschicht 20 ist in der Schnittdarstellung von 1A als gerade Linie dargestellt. Wie in den Abbildungen 2A und 2B gezeigt wird, lässt sich die vorliegende Erfindung jedoch auch auf ein sphärisches Gelenklager B₂ anwenden, bei dem die Oberfläche einer selbstschmierenden Gleitschicht 21 in der Schnittdarstellung 2A bogenförmig dargestellt ist, und die innere Umfangsfläche eines Außenrings 11 sphärisch ist. In diesem Lager hält der Außenring 11 einen Innenring 30, der eine sphärische äußere Umfangsfläche und ein zentrales Durchgangsöffnung aufweist. Der innere Durchmesser des Außenrings 11 ist größer als der äußere Durchmesser des Innenrings 30. Der axial zentrale Teil der inneren Umfangsfläche des Außenrings ist hierbei leicht konkav ausgebildet, damit die Dicke der Gleitschicht 21 aufrechterhalten bleiben kann. Ferner kann, wie in einem Gelenklager B₃, abgebildet in 3A und 3B, der Außenring 11 durch ein Außenringteil 12 ersetzt werden, das über ein schraubbares Teil verfügt, das sich in radialer Richtung erstreckt, und der Verbindung mit einer Anordnung dient, in der das Lager B₃ montiert wird. Das Außenring-Teil 12 hält dabei einen Innenring 31 über eine selbstschmierende Gleitschicht 22.
Als nächstes werden die einzelnen grundlegenden Bauteile der Erfindung erläutert.
1. Lager gemäß der vorliegenden Erfindung.
Als ein Gleitlager gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich ein einfaches oder geflanschtes Gleitlager angeben, dessen innere Umfangsfläche des Außenteils die Gleitfläche darstellt. In dem geflanschten Gleitlager, kann die Flanschoberfläche ebenfalls eine Gleitfläche bilden, zusätzlich zu der Innendurchmesser-Gleitfläche. Die erfindungsgemäße bearbeitbare Gleitschicht wird auf der Gleitfläche durch Spritzguss ausgeformt. Zusätzlich kann auch ein sphärisches Gelenklager als Gleitlager gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein. Der Aufbau des Lagers besteht aus der Kombination eines Außenrings mit einer Gleitfläche, in der eine bearbeitbare Gleitschicht an der konkaven, sphärischen inneren Umfangsfläche befestigt ist, und einem inneren Ring, der eine konvexe äußere Umfangsfläche und eine zentrale Öffnung zur Aufnahme einer Welle aufweist. In beiden Fällen werden die metallischen Oberflächen, auf denen die bearbeitbare Gleitschicht angebracht wird, einer Vorbehandlung unterzogen. Diese besteht aus einem thermischen Spritzverfahren mit Aluminiumoxid oder einem Sandstrahlverfahren mit Aluminiumoxid, Quarzsand oder Zirkonoxid als Strahlmittel, das vor dem Spritzguss durchgeführt wird, damit sich eine Oberflächenrauhigkeit in Bezug auf eine durchschnittliche Mittellinienrauhigkeit von nicht weniger als R_a = 4,0 μm und einer maximalen Höhe von nicht weniger als R_max = 30,0 μm herstellen lässt. Im Falle des sphärischen Gelenklagers mit einem Außenring und einem inneren Ring, wird, nachdem Außenring und Innenring zueinander angeordnet sind, das bearbeitbare Gleitschichtharz in geschmolzener Form zwischen ihnen eingespritzt, wobei es sich dann beim Aushärten mit dem Außenring fest verbindet. Die Oberflächenrauhigkeit der äußeren Umfangsfläche des inneren Rings sollte möglichst gering sein, um ein Anhaften der Gleitschicht zu vermeiden. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Gleitlager aus Metall gefertigt, da eine hohe Belastbarkeit für den Einsatz im Flugzeugbau gefordert wird.
2. Gleitfläche, bestehend aus einer bearbeitbaren Gleitschicht, die an einer inneren Umfangsfläche angebracht ist.
Das Verhältnis der Bestandteile in der bearbeitbaren Gleitschicht des selbstschmierenden Gleitlagers gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 60 bis 80% Massenanteil eines auf Polyetherketon basierten Kunstharzes (PEEK, PEK), 10 bis 30% Massenanteil an PTFE-Pulver (festes Schmiermittel), 5 bis 15% Massenanteil Kohlefasern und 15% Massenanteil oder weniger an Aramidfasern, wobei die Summe von Kohlefasern und Aramidfasern insgesamt 10 bis 25% Massenanteil beträgt.
3. Polyetherketon-basiertes Kunstharz (Thermoplastisches Kunstharz)
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine bearbeitbare Gleitschicht bei der Polyetherketon-basiertes Kunstharz, ein kristallines Kunstharz, das unter den thermoplastischen Kunstharzen herausragende Gleiteigenschaften, Wärmebeständigkeit und chemische Widerstandsfähigkeit aufweist, als Basispolymer dient. In herkömmlichen Verfahren ist eine Gleitschicht mit wärmehärtendem Kunstharz (Acrylharz) als Basispolymer bekannt. Wärmehärtendes Kunstharz kann jedoch nicht in einem preisgünstigen Spritzgussverfahren verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung wird thermoplastisches Kunstharz verwendet, da es über eine bessere Mengenleistung und bessere Recyclingmöglichkeiten verfügt. Da ein auf Polyetherketon-basiertes Kunstharz ein thermoplastisches Kunstharz ist, und daher für das Spritzgussverfahren geeignet ist, lässt sich das Lager leicht in Serie herstellen. An die im Flugzeugbau verwendete Gleitschicht eines Gleitlagers werden erhöhte Anforderungen an Wärmebeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Öl (Flüssigkeitsverträglichkeit) gemäß SAE Standard AS81934 gestellt, wie weiter unten erläutert wird. In der vorliegenden Erfindung konnten die thermoplastischen Kunstharze, mit Ausnahme des auf Polyetherketon-basierendem Harz diese Anforderungen nicht erfüllen.
4. PTFE (Festschmiermittel) mit hohem Molekulargewicht.
Die Gleiteigenschaften der bearbeitbaren Gleitschicht lässt sich durch das Mischen von Polyetherketon-basiertem Kunstharz und PTFE verbessern. In der vorliegenden Erfindung wird ein PTFE mit hohem Molekulargewicht verwendet. Zum Mischen muss das Polyetherketon-basierte Kunstharz auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts von ungefähr 340°C erwärmt werden. Zum Vermeiden der Zersetzung des PTFE, selbst bei Temperaturen von über 340°C, ist es notwendig, ein PTFE mit hohem Molekulargewicht (Molekulargewicht nicht kleiner als ungefähr 1 Million) zu verwenden, das vollständig ausgebrannt ist, und bei dem das Entstehen von Zersetzungsgasen nicht zu erwarten ist.
Der Zusatz an PTFE sollte zwischen 10 und 30% Massenanteil betragen, um den geforderten Gleiteigenschaften zu genügen. Ist die zugesetzte Menge geringer als 10% Massenanteil, so genügt dies den Belastbarkeitsanforderungen bei Raumtemperatur gemäß SAE Standard AS81934, aber die Anforderungen bei erhöhter Temperatur (121°C (250°F), 163°C (325°F)) werden nicht erfüllt. Übertrifft des Weiteren die zugesetzte Menge an PTFE einen Massenanteil von 30%, so treten signifikante negative Effekte durch PTFE-Zersetzungsgase während des Mischvorgangs mit Polyetherketon-basiertem Kunstharz und während des Spritzgussverfahrens auf. Dabei gewinnen Fehler beim Ausbilden der Gleitschicht, hervorgerufen durch Porenbildung im Schmelzprodukt, sowie Korrosion der Gussform durch das bei der Zersetzung des PTFE entstehende Gas (HF) während dem Spritzgussverfahren an Bedeutung. Daraus ergibt sich eine geeignete Zusatzmenge an PTFE von 10 bis 30% Massenanteil.
5. Kohlefaser (CF) auf PAN-Basis.
Als CF wurde eine universelle CF auf der Basis von Polyacrylnitril (Zugfestigkeit (strength): 4000 MPa, Zug-E-Modul (elasticity modulus): 240 GPa) als Verstärkungsfaser gewählt, und als Verstärkungsmaterial zur Kompensierung der besonders bei höheren Temperaturen (121°C und 163°C) auftretenden Verringerung der Materialfestigkeit auf Grund von Erweichung des Kunstharzes eingesetzt. Die für die geforderten Eigenschaften erforderliche Zusatzmenge beträgt 5 bis 15% Massenanteile. Übersteigt die Zusatzmenge einen Massenanteil von 15%, so entstehen bei der Abnutzung während der Gleitbewegung Partikel in signifikanter Menge, die einen erhöhten Abriebverschleiß zur Folge haben, was sich wiederum negativ auf die zu erwartende Lebensdauer auswirkt. Hierbei ist zu beachten, dass aus Pech hergestellte CF, wie in den untenstehenden Vergleichsbeispielen gezeigt wird, die geforderten Eigenschaften nicht erfüllen können.
6. Aramidfaser (AF)
Als AF, können Kurzfasern und/oder gemahlene Fasern vermischt und verwendet werden. Da AF eine größere Bruchdehnung aufweist als CF (AF: ungefähr 5%, CF: ungefähr 2%) und obwohl AF eine geringere Zugfestigkeit und geringeren E-Modul als CF hat, lässt sich durch Zumischen von Kurzfasern und/oder gemahlenen Fasern, die Zähfestigkeit der bearbeitbaren Gleitschicht steigern, die Abriebfestigkeit des Gleitlagers während der Oszillationsbewegung verbessern, und das Entstehen von Abriebpartikeln verringern. Eine selbstschmierende Kunstharzzusammensetzung, bei der 20 bis 30% Massenanteile aus AF als Verstärkungsfasern bestehen (Kurzfasern und/oder gemahlenen Fasern) und 10 bis 15% Massenanteile aus PTFE als fester Schmierstoff, die mit Polyetherketon-basiertem Kunstharz gemischt werden, so dass der gesamte Füllstoffanteil 30 bis 40% Massenanteile beträgt, zeigten beim Einsatz-Spritzen (insert molding) ein extrem schlechtes Adhäsionsverhalten an die Metalloberfläche. Es erfolgte eine Ablösung des Kunstharzteils von der Gleitfläche auf Grund des Schneidwiderstands beim Schleifen oder Schneiden, und der Anteil der Adhäsionsfehler auf Grund von Ablösung betrug bis zu 50%. Durch verringern der zugesetzten Menge an AF auf nicht mehr als 15% Massenanteile ließ sich der Anteil an Adhäsionsfehlern auf 1/10 (ein Teil von 19 Teilen hat sich bei der Verarbeitung abgelöst) reduzieren. Ferner wurde die Adhäsionskraft durch den Zusatz von nicht weniger als 5% Massenanteile an PAN-basierten CF, stark verbessert, und keine Adhäsionsfehler wurden beobachtet. Es ist daher vorteilhaft, dass die zugesetzte Menge an AF nicht mehr als 15% Massenanteile beträgt, und noch vorteilhafter, dass gleichzeitig auch noch PAN-basierte CF zugegeben werden. Ist der gesamte Faseranteil zu gering, so könnte die Festigkeit zu niedrig sein. Ist der gesamte Faseranteil zu groß, so könnte dies dazu führen, dass die Entstehung von Abriebpartikeln während des Gleitvorgangs zunimmt und die Lebensdauer dadurch negativ beeinflusst wird. Die Gesamtmenge der zugesetzten CF und AF beträgt daher vorzugsweise 10 bis 25% Massenanteile.
7. Oberflächenbearbeitung durch Thermisches Spritzen mit Aluminiumoxid oder Sandstrahlen mit Aluminiumoxid als Strahlmittel.
In der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, dass die innere Umfangsfläche des metallischen Außenrings, mit der die selbstschmierende Gleitschicht verbunden wird, eine Oberflächenrauhigkeit von nicht weniger als R_a = 4,0 μm, bei gleichzeitig von nicht weniger als R_max = 30,0 μm aufweist. Mit einer solchen Oberflächenrauhigkeit lassen sich Adhäsionsfehler der Gleitschicht verhindern. Ist die Oberflächenrauhigkeit geringer, als die oben genannten Werte, so kann dies zu Adhäsionsfehlern durch Ablösung führen. In der vorliegenden Erfindung wird durch die Oberflächenbehandlung mittels Thermischem Spritzen mit Aluminiumoxid, oder Sandstrahlen mit Aluminiumoxid, Quarz oder Zirkonoxid als Strahlmittel, die vor dem Spritzgießen der selbstschmierenden Gleitschicht stattfindet, die Metalloberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit versehen, die beide der oben genannten Anforderungen erfüllt.
8. Einstückiges Anformen der selbstschmierenden Gleitschicht an den Außenring.
In der vorliegenden Erfindung werden zur Bildung der gleitenden Fläche die oben erläuterte selbstschmierende Kunstharzzusammensetzung (bearbeitbare Gleitschicht) und die innere Umfangsfläche des metallischen Außenrings einstückig im Spritzgussverfahren ausgeformt (Insert-Technik). Dieser Aufbau ermöglicht eine Weiterbearbeitung der Gleitfläche, z. B. durch Schneiden und Schleifen, zum Anpassen des Innendurchmessers an die Welle, was in einer herkömmlichen Gleitschicht, die PTFE-Gewebe enthält, nicht möglich ist. Dadurch ist es bei der Montage auf Anwenderseite möglich, die Passgenauigkeit durch Bearbeiten des Lager-Innendurchmessers präzise anzupassen. Ferner lässt sich durch den Einsatz eines Kunstharzes auf Polyetherketon-Basis, ein wärmebeständiges thermoplastisches Kunstharz, als Matrix, eine höhere Mengenleistung erzielen im Vergleich zu herkömmlichen selbstschmierenden Beschichtungen, bei denen wärmehärtendes Acryl-Kunstharz als Matrix dient.
In der vorliegenden Erfindung sorgt die Oberflächenbehandlung durch Thermisches Spritzen oder Sandstrahlen mit Aluminiumoxid zur Optimierung der Oberflächenrauhigkeit der Metalloberfläche, die vor dem Spritzguss durchgeführt wird, für das notwendige Haftvermögen, das beim Einsatz unter hohen Belastungsbedingungen erforderlich ist und macht das Lager daher für die Anwendung im Flugzeugbau geeignet.
Beispiele und Vergleichsbeispiele
Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 10
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen noch detaillierter erläutert.
Es wurden Gleitlager der in 1 gezeigten Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt. In sämtlichen Beispielen und Vergleichsbeispielen, wurde eine Metallbuchse aus Edelstahl SUS630, das gemäß H1150 wärmebehandelt wurde, verwendet. Der Innendurchmesser betrug dabei 25,4 mm, der Außendurchmesser 30,2 mm, und die Breite 12,7 mm. Diese Buchse entspricht Modell Nr. M81934/1-16C016 definiert nach dem AS 81934 Standard. Die innere Umfangsfläche der Buchse wurde durch Thermisches Spritzen mit Aluminiumoxid so bearbeitet, dass sie eine Oberflächenrauhigkeit von nicht weniger als R_a = 4,0 μm, und nicht weniger als R_max = 30,0 μm hat. Als selbstschmierende Gleitschicht des Lagers wurden die einzelnen Zusammensetzungen mit den in Tabelle 1 gezeigten Inhalten durch Spritzguss am inneren Durchmesser der metallischen Buchse angebracht. Die Gleitschicht wurde so ausgebildet, dass ihre Dicke eine Endbearbeitung durch Schneiden und Schleifen in nachfolgenden Bearbeitungsschritten ermöglichte. Die Dicke der Gleitschicht nach der Endbearbeitung wurde in sämtlichen Beispielen der Tabelle 1. auf 0,5 mm festgesetzt.
1. Bewertung des Belastbarkeitsvermögens
Ein selbstschmierendes Gleitlager mit Teflon (eingetragenes Warenzeichen)-Gleitschicht muss die Belastbarkeitsanforderungen des SAE Standards AS81820 (Standard für sphärische Gelenklager) oder AS81934 (Standard für Gleitlager) erfüllen, um als Lager im Flugzeugbau anerkannt zu werden. Der AS81934 Standard ist ein SAE Standard, der sich auf selbstschmierende Gleitlager, mit oder ohne Flansch, bezieht, die dadurch selbstschmierend sind, dass sie Polytetrafluorethylen in einer Gleitschicht in der Bohrung beinhalten, das für den Gebrauch in einem Temperaturbereich von –54 bis +163°C (–65 bis +325°F) verwendbar ist. Da es sich bei allen in Tabelle 2 gezeigten Beispielen und Vergleichsbeispielen um Gleitlager handelt, wurde die Belastbarkeit gemäß SAE Standard AS81934 bewertet. Diese Auswertung bestätigte, dass die bearbeitbare Gleitschicht gemäß der vorliegenden Erfindung eine gleich große oder größere Belastbarkeit aufweist, als ein Produkt nach AS81934 Standard.
Die einzelnen, in Tabelle 2 gezeigten Prüfungen werden nun detailliert erläutert.
1-a. Radiale statische Grenzbelastung

Die Anforderungen des AS81934 Standards für diese Prüfung sind in Tabelle 3 aufgezeigt. Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, wird die radiale statische Grenzbelastung nach dem Material (Aluminumlegierung und Edelstahl) des Gleitlagers und der Größe dessen inneren Durchmessers definiert. Da sich sämtliche Beispiele und Vergleichsbeispiele auf das Modell Nr. M81934/1-16C016 beziehen, wie es im AS81934 Standard definiert ist, wurde die maximale Prüfbelastung mit 140 kN (31,400 lb) ermittelt. Tabelle 3

Modell Nr.	Radiale statische Grenzlast (lb)	Oszillationslast (lb)
M81934/1-08A012	6,900	6,300
M81934/1-08C012	10,800	6,300
M81934/1-16A016	20,000	16,500
M81934/1-16C016	31,400	16,500
M81934/1-24A016	30,000	22,500
M81934/1-24C016	47,100	22,500

Ein beispielhaftes Gleitlager B₄ wurde auf einer Prüfvorrichtung T befestigt und eine Welle 33 in den inneren Durchmesser eingeführt. Dann wurde die Last in radialer Richtung ausgeübt, wie dies in 4 abgebildet ist. Nachdem eine Vorbelastung für die Dauer von 3 Minuten ausgeübt wurde, wurde das Anzeigeinstrument 42 auf Null gestellt. Dann wurde die Last allmählich bis zum radialen statischen Grenzbelastungswert von 140 kN (31,400 lb) erhöht. Nach Erreichen des radialen statischen Grenzbelastungswerts wurde die Last wieder gleichmäßig verringert. Die Verformung wurde während der Prüfung durch das Anzeigeinstrument 42 gemessen, und die bleibende Verformung wurde aus der Last-Verformungskurve an dem Punkt abgelesen, wo die Last wieder auf den Wert der Vorbelastung zurückging. Diese bleibende Verformung (die maximal zulässige bleibende Verformung nach Ausüben einer Belastung mit der radialen statischen Grenzlast) sollte nicht größer sein als 0,051 mm (0,002 in).
Die Verformung bei einer Last von 140 kN hat in sämtlichen Beispielen einen Wert von 0,25 mm nicht überschritten. Des Weiteren war die bleibende Verformung nach der Belastung nichtgrößer als 0,051 mm in sämtlichen Beispielen und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 und 6 bis 10. Im Vergleichsbeispiel 5 war die bleibende Verformung jedoch nach der Belastung größer als 0,051 mm und hat den Standard nicht erfüllt.
1-b. Oszillationsprüfung bei Raumtemperatur unter radialer Belastung
Die Anforderungen des AS81934 Standards in dieser Prüfung zum oberen Grenzwert des Abriebs der Gleitschicht während der Oszillationsprüfung bei Raumtemperatur, beträgt 0,089 mm (0,0035 in) nach 1.000 Zyklen, 0,102 mm (0,0040 in) nach 5.000 Zyklen, und 0,143 mm (0,0045 in) nach 25.000 Zyklen.
Das beispielhafte Gleitlager B₄ wurde, wie in 4 abgebildet, auf einer Prüfvorrichtung T befestigt, und dann eine Oszillations-Belastung von 73,5 kN (16,500 lb) gemäß Tabelle 3 in radialer Richtung ausgeübt. Zuvor wurde diese Belastung 15 Minuten lang konstant aufrechterhalten. Nach 15 Minuten wurde das Anzeigeinstrument 42 auf Null gestellt, und die Oszillationsbewegung von der Welle 33 wurde gestartet. Die Welle 33 wurde durch Rotation innerhalb eines Winkelbereichs von ±25° in eine Oszillationsbewegung versetzt. Die Bewegung der Welle 33 von einer Winkelposition von 0° nach +25° und zurück auf 0°, und dann nach –25° und wieder zurück auf 0° wurde als 1 Zyklus gezählt. Die Oszillationsgeschwindigkeit war dabei nicht geringer als 10 Zyklen pro Minute (10 CPM). Die Höhe des Abriebs wurde während der Oszillationsprüfung vom Anzeigeinstrument 42 abgelesen und festgehalten.
Als Ergebnis der Prüfung, bei der Oszillationen von ±25° (bei nicht weniger als 10 CPM) wie oben beschrieben, unter einer Oszillationsbelastung von 73,5 kN, ausgeübt in radialer Richtung bei Raumtemperatur, durchgeführt wurden, war der Wert für den Abrieb der Gleitschicht nach 25.000 Zyklen in sämtlichen Beispielen und in den Vergleichsbeispielen 1, 3, 4, 9 und 10 nicht größer als 0,143 mm. Die übrigen Vergleichsbeispiele konnten den Standard jedoch nicht erfüllen.
1-c. Oszillationsprüfung bei erhöhter Temperatur
Die Anforderungen des AS81934 Standards in dieser Prüfung zum oberen Grenzwert des Abriebs der Gleitschicht während der Oszillationsprüfung bei erhöhter Temperatur, beträgt 0,152 mm (0,0060 in).
Während des Prüfverfahrens wurde die Temperatur der Welle 33 und der Gleitschicht in der Prüfvorrichtung T in 4 bei 163°C, +6°C/–0°C gehalten, mit einem Oszillationswinkel von ±25° (bei nicht weniger als 10 CPM) unter einer Oszillationsbelastung von 73,5 kN, ausgeübt in radialer Richtung. Als Ergebnis zeigte sich, dass der Abrieb der Gleitschicht nach 25.000 Zyklen in sämtlichen Beispielen einen Wert von 0,152 mm nicht überschritt während kein einziges Vergleichsbeispiel den Standard erfüllte.
1-d. Ölbeständigkeitsprüfung (Verträglichkeit mit Flüssigkeiten)
Die Anforderung des AS81934 Standards in dieser Prüfung an den oberen Grenzwert des Abriebs der Gleitschicht nach der Ölbeständigkeitsprüfung beträgt 0,152 mm (0,0060 in).
Die Lager, die über eine bearbeitbare Gleitschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verfügen, wurden 24 Stunden lang bei 71°C ± 3°C in den unten aufgeführten öligen Substanzen untergetaucht, mit Ausnahme von Ölsubstanz b, bei der die Temperatur 43°C ± 3°C betrug. Dann wurde die Oszillationsprüfung bei Raumtemperatur innerhalb von 30 Minuten nach Entnehmen aus dem Ölbad durchgeführt. Ferner betrug die Belastung bei der öligen Substanz e, 75% der Oszillationslast, die in Tabelle 3 spezifiziert ist.
Ölige Substanz a: Skydrol (eingetragenes Warenzeichen) 500B Betriebsflüssigkeit
Ölige Substanz b: MIL-DTL-5624 Turbinenkraftstoff JP4 oder JP5
Ölige Substanz c: MIL-PRF-7808 Schmieröl
Ölige Substanz e: AS8243 Frostschutzmittel
Ölige Substanz f: MIL-PRF-83282 Betriebsflüssigkeit
Die Ergebnisse der obigen Prüfung bestätigten, dass bei der Oszillationsprüfung nach Immersion in die ölige Substanz für die Dauer von 24 Stunden, der Abrieb der Gleitschicht nach 25.000 Zyklen hinsichtlich sämtlicher öligen Substanzen einen Wert von 0,152 mm in sämtlichen Beispielen und in den Vergleichsbeispielen 1, 3, 4, 9 und 10, nicht überschritt. Die übrigen Vergleichsbeispiele konnten den Standard jedoch nicht erfüllen.
Zusätzlich zu den in Tabelle 1 aufgeführten Substanzen, seien hier weitere Beispiele von Materialien genannt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Polyetherketon-basiertes Kunstharz:
Polyetheretherketon (PEEK)
Polyetherketon (PEK)
PTFE-Pulver (sämtliche mit hohem Molekulargewicht):
L169E, durchschnittlicher Teilchendurchmesser (50% Teilchendurchmesser):
17 μm, Schmelzpunkt: 332°C, hergestellt von Asahi Glass Co., Ltd.
KT-600M, durchschnittlicher Teilchendurchmesser (50% Teilchendurchmesser): 14 μm, Schmelzpunkt: 332°C, hergestellt von Kitamura Ltd.
KTH-645, durchschnittlicher Teilchendurchmesser (50% Teilchendurchmesser): 14 μm, Schmelzpunkt: 333°C, hergestellt von Kitamura Ltd. Kohlefaser (PAN-Typ):
HTA C6-UH, Zugfestigkeit: 4000 MPa, Zug-E-Modul: 240 GPa, hergestellt von Toho Tenax Co., Ltd.
TV14-006, Zugfestigkeit: 4900 MPa, Zug-E-Modul: 235 GPa, hergestellt von Toray Industries, Inc.
Es ist zu beachten, dass eine Gleitschicht mit aus Pech hergestellten Kohlefasern den AS81934 Standard nicht erfüllen konnte.
Aramidfaser:
Kurzfaser, Technora T-324, hergestellt von Teijin Ltd.
Gemahlene Faser, Towaron Tw5011, hergestellt von Teijin Ltd.
2. Untersuchungen zur Oberflächenbehandlung einer metallischen Buchse.
In der vorliegenden Erfindung kann zur Erzielung einer geeigneten Adhäsion zwischen Metall und bearbeitbarer Gleitschicht, eine Oberflächenbehandlung durchgeführt werden, bei der die Metalloberfläche eine Oberflächenrauhigkeit von nicht weniger als R_a = 4,0 μm und nicht weniger als R_max = 30 μm erhält. Als Verfahren zur Oberflächenbehandlung können thermische Spritzverfahren mit Aluminiumoxid oder Sandstrahlverfahren mit Aluminiumoxid, Quarzsand oder Zirkonoxid als Strahlmittel angeführt werden. Tabelle 4 zeigt das Ergebnis der Oberflächenbehandlung der vorliegenden Erfindung und anderen Verfahren zur Oberflächenbehandlung im Vergleich.
Es ist zu beachten, dass die Kalorisierung (Aluminum-Diffusionsbeschichtung) ein Verfahren zur Verbesserung einer metallischen Oberfläche darstellt, wobei Aluminium in die Metalloberfläche eindiffundiert und sich eine Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht auf der Metalloberfläche ausbildet. Das Alplex-(eingetragenes Warenzeichen)-Verfahren ist ein im Vergleich zur Kalorisierung leistungsfähigeres Verfahren. Es stellt ein Verfahren zur Verbesserung einer metallischen Oberfläche dar, bei dem die Korrosionsbeständigkeit und der Abrieb noch dadurch weiter verbessert werden, dass eine keramische Schicht, wie z. B. Aluminiumoxid in einer Matrix der Kalorisierungsschicht gebildet wird. Das ZAC-Coating der Firma Tocalo Co., Ltd ist eine keramische Beschichtung, die aus einer keramischen Materialzusammensetzung auf der Basis von Chromoxid (Cr₂O₃) besteht.
Beispiele 11 bis 17
Nachdem das Thermische Spritzen mit Aluminiumoxid oder Sandstrahlen unter Verwendung verschiedener Strahlmittel an den Beispielen 11 bis 17, durchgeführt wurde, wie dies aus Tabelle 4 ersichtlich ist, wurde das Spritzgussverfahren zur Ausbildung der bearbeitbaren Gleitschicht ausgeführt. Eine Ablösung während des Schneidens oder Schleifens der Gleitflächen von Beispiel 11 bis 17 fand nicht statt. Ferner wurde eine Haltbarkeitsprüfung unter den nachstehend aufgeführten Temperaturen, Zeiten und Drücken durchgeführt, wobei sich nachweisen ließ, dass bei keinem dieser Beispiele eine Trennung zwischen Buchse und bearbeitbarer Gleitschicht auftrat. Die Lagertemperatur wurde durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff 15 Minuten lang bei –196°C gehalten.
Oszillationsprüfung bei –55°C und Oberflächendruck von 120 MPa
Oszillationsprüfung bei 163°C und Oberflächendruck von 275 MPa
Vergleichsbeispiele 11 bis 14
Nach Durchführung einer Kalorisierung, Alplex-Behandlung oder ZAC-Coating an den jeweiligen Vergleichsbeispielen 11 bis 13, wurde das Spritzgussverfahren zur Ausbildung der bearbeitbaren Gleitschicht durchgeführt. Während des Schneidens oder Schleifens an der Gleitfläche kam es dabei zu Ablösungen. Was ferner das Vergleichsbeispiel 14 anbetrifft, bei dem der Spritzguss nach Sandstrahlen bei einem Druck von 0,3 MPa durchgeführt wurde, so kam es auch dabei zu Ablösungen beim Schneiden oder Schleifen der Gleitfläche. Hierbei ist zu beachten, dass keines der Vergleichsbeispiele die Anforderungen an die Oberflächenrauhigkeit nach der Oberflächenbehandlung von nicht weniger als R_a = 4,0 μm und nicht weniger als R_max = 30 μm erfüllte. Da Ablösungen bereits bei diesem Arbeitsschritt auftraten, wurden keine weiteren Prüfungen durchgeführt.
3. Untersuchungen zur Form der inneren Oberfläche der Metallbuchse.
Die Auswirkungen der Form der inneren Oberfläche der Metallbuchse wurden dadurch untersucht, dass die Belastbarkeit der Buchsen mit verschiedenen inneren Oberflächeformen, nämlich gerade Form, Sanduhr-Form (Beispiel 18), und Tonnenform (Beispiel 19), durch Belastungsprüfungen miteinander verglichen wurden. Eine geringere maximale- und bleibende Verformung bei gleicher Radialbelastung bedeuten dabei, dass diese Form eine bessere Belastbarkeit aufweist. Die Prüflast betrug hierbei 140 kN. Nachdem eine Vorbelastung mit 7.0 kN für die Dauer von 3 Minuten ausgeübt wurde, wurde die Last allmählich bis auf 140 kN erhöht, und danach wieder gleichmäßig entfernt. Die Anforderungen verlangen, dass die bleibende Verformung bei 140 kN einen Wert von 0,051 mm nicht übersteigt. Eine typische Last-Verformungskurve ist in 9 dargestellt.
Beispiel 18
Durch graduelle Verringerung des inneren Durchmessers eines Außenrings 15 in Richtung eines axial zentralen Bereichs, das heißt, der inneren Oberfläche der Buchse eine Sanduhr Form geben, (siehe 7), wurde das Gleitlager B₇ mit einer durch Spritzguss geformten selbstschmierenden Gleitschicht 25 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Da die innere Oberfläche der Gleitschicht 25 gerade (zylindrisch) ist, nimmt die Dicke der Gleitschicht des Gleitlagers B₇ graduell von beiden Seiten zum axial zentralen Bereich der Buchse hin ab. Die minimale Dicke im zentralen Bereich wurde mit 0,5 mm festgesetzt.
Beispiel 19
Durch graduelle Vergrößerung des inneren Durchmessers eines Außenrings 16 in Richtung eines axial zentralen Bereichs, das heißt, der inneren Oberfläche der Buchse eine Tonnen-Form geben, (siehe 8), wurde das Gleitlager B₈ mit einer durch Spritzguss geformten selbstschmierenden Gleitschicht 26 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Da die innere Oberfläche der Gleitschicht 26 gerade (zylindrisch) ist, nimmt die Dicke der Gleitschicht des Gleitlagers B₈ graduell von beiden Seiten zum axial zentralen Bereich der Buchse hin zu. Die minimale Dicke im Randbereich wurde mit 0,5 mm festgesetzt.
Das Prüfergebnis ergab, dass bei Beispiel 18, mit Sanduhrförmigem Innendurchmesser, die Gleitschicht daran gehindert werden konnte, von einem Randbereich des Lagers nach außen hinauszuragen, wenn es durch eine radiale Belastung zusammengepresst wurde, da die Dicke im zentralen Bereich dünner war, als in den beiden Randbereichen.
Ferner konnte bei Beispiel 19, mit Tonnenförmiger Innenoberfläche, die bei der Nachbearbeitung der Gleitschicht zur Anpassung der Abmessungen auftretenden axialen Kräfte von den Randbereichen der gewölbten Wandung aufgenommen werden. Dadurch wurde eine Ablösung der Gleitschicht beim Anpassen der Abmessungen verhindert. Selbst wenn das Gleitschichtsmaterial im zentralen Bereich infolge einer radialen Last während des Gebrauchs des Lagers zusammengedrückt wird, wird das Gleitschichtsmaterial durch die konkave Form der Randbereiche daran gehindert, sich in axialer Richtung zu bewegen, wodurch verhindert werden kann, dass die Gleitschicht über die Randbereiche des Lagers hinausragt.

Die Ergebnisse der Belastungsprüfung sind in Tabelle 5 festgehalten. Sämtliche Formen des Innendurchmessers wiesen eine bleibende Verformung von weniger als 0,051 mm auf, und waren daher mit dem vom Standard geforderten Wert vereinbar. Die Unterschiede bei den maximalen Verformungen auf Grund der Form des Innendurchmessers waren nicht signifikant. Jedoch zeigte sich, dass die bleibende Verformung im Falle von Stundenglas-Form und Tonnenform signifikant klein waren, im Vergleich zur geraden Form. Das bedeutet, dass ein Innendurchmesser mit Stundenglas-Form oder Tonnenform zur Verbesserung der Belastbarkeit vorteilhafter ist. Tabelle 5

Form des Innendurchmessers der Metallbuchse	Maximale Verformung (mm)	Bleibende Verformung (mm)	Bewertung gemäß Standardwert
Gerade Form	0,276	0,034	zulässig
Stundenglas-Form	0,268	0,022	zulässig
Tonnenform	0,272	0,018	zulässig

Die vorliegende Erfindung ist geeignet, in Gleitlagern für den Flugzeugbau oder ähnlichem Anwendung zu finden, bei denen ein niedriger Reibungskoeffizient, hohe Lebensdauer, hohe Belastbarkeit, hohe Wärmebeständigkeit und hohe Beständigkeit gegen Öle gefordert sind.
Bezugszeichenliste

B₁, B₂, B₃, B₇, B₈: Erfindungsgemäßes Lager
B₄: Beispielhaftes Lager
B₅, B₆: Lager nach dem Stand der Technik
T: Prüfvorrichtung
10, 11, 13, 14, 15, 16: Außenring (Lagerbuchse)
12: Außenringteil
20 bis 26: Selbstschmierende Gleitschicht
30 bis 32: Innenring
33: Welle
40: Spannblock
41: Prüfgehäuse
42: Anzeigeinstrument

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-255712 [0009]
US 6180574 [0009]
JP 2006-9819 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Japanese Industrial Standard JIS B0601:2001 [0015]
SAE Standard AS81934 [0033]
SAE Standard AS81934 [0035]
AS 81934 Standard [0042]
SAE Standards AS81820 [0043]
AS81934 (Standard für Gleitlager) [0043]
AS81934 Standard [0043]
SAE Standard AS81934 [0043]
AS81934 Standard [0043]
AS81934 Standards [0045]
AS81934 Standard [0045]
AS81934 Standards [0048]
AS81934 Standards [0051]
AS81934 Standards [0053]
AS81934 Standard [0057]

Claims

Gleitlager (B₁, B₂, B₃, B₇, B₈) mit: einem metallischen Außenring oder Außenringteil (10, 11, 12, 15, 16), und einer selbstschmierenden Gleitschicht (20, 21, 22, 25, 26), ausgeformt an einer inneren Umfangsfläche des Außenrings oder Außenringteils (10, 11, 12, 15, 16), wobei die selbstschmierende Gleitschicht (20, 21, 22, 25, 26) aus einer selbstschmierenden Kunstharzzusammensetzung besteht, welche umfasst: 60 bis 80% Massenanteil eines Polyetherketon-basierten Kunstharzes, 10 bis 30% Massenanteil Polytetrafluorethylen, 5 bis 15% Massenanteil Kohlefaser, und nicht mehr als 15% Massenanteil Aramidfaser, wobei die Gesamtmenge an Kohlefasern und Aramidfasern zusammen zwischen 10 und 25% Massenanteil liegt, und wobei die innere Umfangsfläche des Außenrings oder Außenringteils (10, 11, 12, 15, 16) eine Oberflächenrauhigkeit, ausgedrückt durch die durchschnittliche Mittelliniengenauigkeit, von nicht weniger als R_a = 4,0 μm und eine Oberflächenrauhigkeit in Bezug auf die maximale Höhe von nicht weniger als R_max = 30,0 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (B₁, B₂, B₃, B₇, B₈) mit folgenden Schritten: einem Schritt zur Behandlung einer Oberfläche einer inneren Umfangsfläche eines metallischen Außenrings oder Außenringteils (10, 11, 12, 15, 16), so dass eine Oberflächenrauhigkeit, ausgedrückt durch die durchschnittliche Mittelliniengenauigkeit, nicht weniger als R_a = 4,0 μm und eine Oberflächenrauhigkeit in Bezug auf die maximale Höhe nicht weniger als R_max = 30,0 μm beträgt; einem Schritt zum Mischen von 60 bis 80% Massenanteil Polyetherketon-basiertem Kunstharz, 10 bis 30% Massenanteil Polytetrafluorethylen, 5 bis 15% Massenanteil Kohlefaser und nicht mehr als 15% Massenanteil Aramidfaser, so dass die Gesamtmenge an Kohlefaser und Aramidfaser zusammen zwischen 10 und 25% Massenanteil beträgt, um eine selbstschmierende Kunstharzzusammensetzung zu erhalten; und einem Schritt zum Spritzgießen der selbstschmierenden Kunstharzzusammensetzung zur Ausformung der selbstschmierenden Gleitschicht (20, 21, 22, 25, 26) an der inneren Umfangsfläche des Außenrings oder Außenringteils (10, 11, 12, 15, 16).
Gleitlager (B₇) gemäß Anspruch 1, wobei der Innendurchmesser des Außenrings (15) von einem Randbereich zu einem axial zentralen Bereich des Außenrings (15) hin abnimmt und die innere Umfangsfläche der selbstschmierenden Gleitschicht (25) zylindrisch ist.
Gleitlager (B₈) gemäß Anspruch 1, wobei der Innendurchmesser des Außenrings (16) von einem Randbereich zu einem axial zentralen Bereich des Außenrings (16) hin zunimmt und die innere Umfangsfläche der selbstschmierenden Gleitschicht (26) zylindrisch ist.