DE102013201782A1

DE102013201782A1 - Gleitlager oder Gleitbuchse

Info

Publication number: DE102013201782A1
Application number: DE201310201782
Authority: DE
Inventors: Thomas Krause
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager (1) oder eine Gleitbuchse, umfassend mindestens ein erstes Lagerelement (2), das eine Oberfläche (3) aufweist, die zum gleitenden Anlauf eines zweiten Lagerelements (4) ausgebildet ist. Um das Gleitlager frei von Schmiermittel insbesondere für den Einsatz unter Wasser geeignet zu machen, sieht die Erfindung vor, dass das erste und/oder das zweite Lagerelement (2, 4) zumindest teilweise aus Polyetheretherketon (PEEK) besteht, wobei dieses Material weiterhin folgende Bestandteile aufweist: a) Potassium Titanat Whisker und b) Verstärkungsfasern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager oder eine Gleitbuchse, umfassend mindestens ein erstes Lagerelement, das eine Oberfläche aufweist, die zum gleitenden Anlauf eines zweiten Lagerelements ausgebildet ist.
Gleitlager dieser Art bzw. Gleitbuchsen werden in mannigfaltigen Anwendungen eingesetzt. Meist wird ein Schmiermittel zwischen den beiden Oberflächen eingesetzt, die sich in gleitendem Kontakt befinden. In manchen Fällen ist der Einsatz eines Schmiermittels allerdings nicht gewünscht bzw. möglich. Sollen offene bzw. nicht komplett abgedichtete Gleitlager in Anwendungen unter Wasser eingesetzt werden, verbietet sich aus ökologischen Gründen der Einsatz von Schmierstoffen auf Mineralölbasis, da diese Schmierstoffe beim Austritt aus dem Lager umweltgefährdend auf die Unterwasserwelt wirken.
Bei Gleitlageranwendungen über Wasser haben sich trockengeschmierte Gleitlager mit PTFE-Zusätzen (Polytetrafluoräthylen – „Teflon“) bewährt. Setzt man solche PTFE-geschmierte Gleitlager jedoch unter Wasser ein, kann sich die zur Erzielung eines geringen Reib- und Verschleißwertes benötigte Transferschicht aus PTFE auf der Gegenlauffläche durch die Einwirkung von Wasser nicht vollständig ausbilden. Die nachteilige Folge ist ein erhöhter Reib- und Verschleißwert innerhalb der Gleitschicht, was zu einem frühzeitigen Ausfall eines solchen Lagers unter Wasser führt.
Dieses Problem wurde bisher dadurch gelöst, dass Gleitlager unter Wasser ohne zusätzliche Schmierung mit einer Gleitschicht aus Siliziumkarbid oder Graphit verwendet werden.
Solche Lager sind jedoch in nachteiliger Weise teuer und aufgrund der Sprödigkeit der verwendeten anorganischen Materialien anfällig gegenüber Stößen und Vibrationen.
Ebenfalls eingesetzt werden können Gleitlager mit integrierter Fett- oder Ölschmierung, wobei in diesem Falle das Lager allerdings vollständig abgedichtet bzw. gekapselt werden muss, um besagte Umweltproblematik zu vermeiden. Demgemäß ist diese Alternativ wegen der aufwändigen Abdichtung sehr teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager bzw. eine Gleitbuchse der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine Tauglichkeit für den Einsatz unter Wasser gegeben ist, allerdings die genannten Nachteile nicht in Kauf genommen werden müssen. Es soll also ein Gleitlager bzw. eine Gleitbuchse geschaffen werden, das bzw. die ohne Einsatz eines Schmiermittels auch unter Wasser eine gute Gleiteigenschaft und eine hohe Beständigkeit aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Lagerelement zumindest teilweise aus Polyetheretherketon (PEEK) besteht, wobei dieses Material weiterhin folgende Bestandteile aufweist:

a) Potassium Titanat Whisker (PTW) und
b) Verstärkungsfasern.

Das Potassium Titanat hat dabei bevorzugt die Summenformel K₂Ti₆O₁₃.
Die Verstärkungsfasern sind bevorzugt Kohlefasern.
Die Potassium Titanat Whisker haben bevorzugt einen Gewichtsanteil zwischen 10,0 % und 20,0 %; dabei hat sich ein Gewichtsanteil zwischen 14,0 % und 16,0 % besonders bewährt.
Die Verstärkungsfasern haben bevorzugt einen Gewichtsanteil zwischen 10,0 % und 20,0 %; hier ist ein Gewichtsanteil zwischen 13,0 % und 17,0 % besonders bevorzugt.
Alle Komponenten summieren sich zu 100,0 Gewichts-% auf.
Das erste und/oder das zweite Lagerelement können aus einem spritzgegossenen, extrudierten oder gepressten Profil bestehen.
Es ist aber auch möglich, dass das erste und/oder das zweite Lagerelement ein Gewebematerial (Liner) als Trägerelement umfasst.
Eine Gleitbuchse kann in einen Bereich des Gleitlagers eingeklebt sein.
Für die Nutzung des vorgeschlagenen Materials im Gleitlager bzw. in einer Gleitbuchse sind verschiedene Möglichkeiten gegeben:
Nach einer Möglichkeit können in das Gleitlager oder auch in die Gleitbuchse Gleitplatten eingeklebt werden; die Gleitplatten bestehen aus dem genannten Material (PEEK + Kohlefasern + PTW). Die Herstellung kann im Spritzgießverfahren oder durch Extrusion bzw. Pressen von Platten erfolgen.
Die Gleitlager bzw. die Gleitbuchsen können auch mit einer Gleitschicht versehen sein, die ein Gewebematerial (Liner) umfasst. Der Liner kann aus einem Mischgewebe bestehen, das mit PEEK-Fasern und Kohlefasern mit einem Imprägnierharz versehen ist, in das Potassium Titanat Whisker eingemischt sind. Möglich ist auch die Verwendung eines Liners aus Mischgewebe mit PEEK-Fasern und Kohlefasern, wobei in die PEEK-Fasern Potassium Titanat Whisker eingearbeitet sind.
Möglich ist natürlich auch der Einsatz von Gleitlagerringen oder Gleitbuchsen, die vollständig aus PEEK + Kohlefasern + PTW bestehen.
In vorteilhafter Weise ergeben sich sehr niedrige Reibungskoeffizienten unter Wasser. Weiterhin sind die Verschleißraten unter Wasser gering.
Es ergeben sich so neue Anwendungsfelder für Gleitlager in Unterwasseranwendungen, die kostengünstig realisierbar sind.
Insbesondere und bevorzugt werden die vorgeschlagenen Gleitlager in Form von Gelenklagern eingesetzt, die eine Untergruppe der Gleitlager sind.
Zu den eingesetzten Materialien sei folgendes bemerkt:
Polyetherketone (kurz PEK) sind Polymere, in deren molekularen Rückgrat abwechselnd Keton- und Etherfunktionalitäten vorkommen. Am gebräuchlichsten sind Polyaryletherketone (PAEK), bei denen sich zwischen den funktionellen Gruppen jeweils eine in (1, 4)-Position verknüpfte Arylgruppe befindet. Das damit sehr starre Rückgrat verleiht den Materialien im Vergleich zu anderen Kunststoffen sehr hohe Glasübergangs- und Schmelztemperaturen. Der am weitesten verbreitete dieser hochtemperaturfesten Werkstoffe ist das Polyetheretherketon (PEEK), das vorliegend verwendet wird.
Zum hier zum Einsatz kommenden Potassium Titanat Whisker sei auf den Beitrag von T. Zaremba und D. Witkowska „Methods of manufacturing of potassium titanate fibres and whiskers. A review", Silesian University of Technology, Department of Chemistry, Inorganic Technology and Fuels, ul. Krzywoustego 6, 44-100 Gliwice, Poland, publiziert in "Materials Science-Poland", Vol. 28, No. 1, 2010, hingewiesen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 ein Gleitlager im Radialschnitt,
2 eine Gleitbuchse, die Bestandteil des Gleitlagers ist, im Radialschnitt, und
3 eine Variante zur Lösung nach 1 in Form eines Gelenklagers.
In 1 ist ein Gleitlager 1 skizziert, das ein erstes Lagerelement 2 in Form einer Gleitbuchse aufweist; die Gleitbuchse 2 ist fest in einem Gehäuse 5 des Gleitlagers 1 montiert. Das erste Lagerelement 2 hat eine Oberfläche 3, die zum gleitenden Anlauf eines zweiten Lagerelements 4 in Form einer Welle ausgebildet ist.
In 2 ist die Gleitbuchse 2 des Gleitlagers 1 separat skizziert.
Die vorliegende Erfindung stellt auf jegliche Nutzung der genannten Materialmischung ab, d. h. es kann in Teilen eines Gleitlagers oder auch in ganzen Komponenten desselben eingesetzt werden.
Im Rahmen des Erfindungsvorschlags werden also Gleitlager 1 bzw. Gleitbuchsen 2 eingesetzt, die zumindest eine Gleitschicht aufweisen, die aus Polyetheretherketon (PEEK) besteht, die mit bevorzugt 15 Gewichts-% Kohlefasern (CF) und bevorzugt 15 Gewichts-% Potassium Titanat Whiskern (PTW) versehen ist.
Ein solches Gleitmaterial hat insbesondere unter Wasser sehr vorteilhafte Gleiteigenschaften. Bei einer Belastung von 15 MPa haben sich bei Versuchen Reibungskoeffizienten von ca. 0,01 ergeben. Auch geringe Verschleißraten im Bereich von 0,009 × 10^–6 mm³/Nm wurden gemessen, wobei keine Zusätze von PTFE zugegeben wurden bzw. kein Einsatz eines Schmierstoffs erfolgte.
3 zeigt eine Variante zur vorstehend beschriebenen Lösung, bei der ein Gelenklager mit sphärischen Kontaktflächen vorgesehen ist. Ansonsten entspricht der Aufbau hier der vorstehend beschriebenen Lösung.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlager
2: erstes Lagerelement (Gleitbuchse)
3: Oberfläche
4: zweites Lagerelement (Welle)
5: Gehäuse

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 Nicht-Patentliteratur

T. Zaremba und D. Witkowska „Methods of manufacturing of potassium titanate fibres and whiskers. A review”, Silesian University of Technology, Department of Chemistry, Inorganic Technology and Fuels, ul. Krzywoustego 6, 44-100 Gliwice, Poland, publiziert in “Materials Science-Poland”, Vol. 28, No. 1, 2010 [0024]

Claims

Gleitlager (1) oder Gleitbuchse, umfassend mindestens ein erstes Lagerelement (2), das eine Oberfläche (3) aufweist, die zum gleitenden Anlauf eines zweiten Lagerelements (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Lagerelement (2, 4) zumindest teilweise aus Polyetheretherketon (PEEK) besteht, wobei dieses Material weiterhin folgende Bestandteile aufweist: a) Potassium Titanat Whisker und b) Verstärkungsfasern.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potassium Titanat die Summenformel K₂Ti₆O₁₃ aufweist.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern Kohlefasern sind.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Potassium Titanat Whisker einen Gewichtsanteil zwischen 10,0 % und 20,0 % aufweisen.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Potassium Titanat Whisker einen Gewichtsanteil zwischen 14,0 % und 16,0 % aufweisen.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern einen Gewichtsanteil zwischen 10,0 % und 20,0 % aufweisen.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsfasern einen Gewichtsanteil zwischen 13,0 % und 17,0 % aufweisen.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Lagerelement (2, 4) aus einem spritzgegossenen, extrudierten oder gepressten Profil besteht.
Gleitlager oder Gleitbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Lagerelement (2, 4) ein Gewebematerial als Trägerelement umfasst.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleitbuchse (2) in einen Bereich des Gleitlagers (1) eingeklebt ist.