DE102015209053A1

DE102015209053A1 - Sliding element for a sliding bearing or segment for a sliding element and method for producing a sliding element

Info

Publication number: DE102015209053A1
Application number: DE102015209053.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Krause
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Gleitelement für ein Gleitlager oder ein Segment für ein Gleitelement aus einem Material, das ein Thermoplast mit einer chemisch äquivalenten Faserverstärkung umfasst.A sliding member for a sliding bearing or a segment for a sliding member made of a material comprising a thermoplastic with a chemically equivalent fiber reinforcement is proposed.

Description

Ausführungsbeispiele betreffen ein Gleitelement für ein Gleitlager oder ein Segment für ein Gleitelement sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Embodiments relate to a sliding element for a sliding bearing or a segment for a sliding element and to a method for the production thereof.

Gleitlager werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, bei denen einzelne Bauteile, Baugruppen oder Komponenten sich bezüglich anderer Bauteile, Komponenten oder Systeme bewegen. Gleitlager können so eine entsprechende relative Bewegung der betreffenden Komponenten zueinander ermöglichen. So kann beispielsweise mithilfe eines Gleitlagers eine Rotation oder auch eine Oszillation um beispielsweise eine Achse, eine lineare Bewegung entlang beispielsweise einer Bewegungsrichtung und/oder eine Verschwenkung der betreffenden Bauteile zueinander ermöglicht werden. Bezüglich dieser oder diesen Bewegungen ermöglicht das Gleitlager eine vergleichsweise reibungsarme Bewegung derselben. Plain bearings are used in many areas of technology in which individual components, assemblies or components move with respect to other components, components or systems. Plain bearings can thus allow a relative movement of the respective components relative to one another. Thus, for example, by means of a plain bearing, a rotation or an oscillation about, for example, an axis, a linear movement along, for example, a direction of movement and / or a pivoting of the respective components to each other. With respect to this or these movements, the sliding bearing allows a comparatively low-friction movement of the same.

In Bezug auf andere Bewegungsarten und/oder Bewegungsrichtungen kann das Gleitlager hingegen eine führende Wirkung haben. So kann das Gleitlager beispielsweise bei einer Bewegung, bezüglich derer es gerade keine Relativbewegung der mit ihm gekoppelten Komponenten erlaubt, eine Kraft oder einen Moment von der einen auf die andere Komponente übertragen. Hierdurch kann so beispielsweise eine Kraft oder ein Moment über das Gleitlager hinweg transferiert und somit die eine Komponente bezüglich der anderen geführt werden. Ein Beispiel hierfür stellen Gelenklager, beispielsweise radiale Gelenklager und Gelenkköpfe dar. In contrast, with regard to other types of movement and / or directions of movement, the plain bearing may have a guiding effect. Thus, for example, in the case of a movement with respect to which it does not permit relative movement of the components coupled to it, the sliding bearing can transmit a force or a moment from one component to the other. In this way, for example, a force or a moment can be transferred over the slide bearing and thus one component can be guided with respect to the other. An example of this are spherical plain bearings, for example radial spherical plain bearings and rod ends.

Zwischen einem Innenring und einem Außenring eines Gleitlagers, die z.B. aus Stahl gefertigt sein können, ist oftmals eine Gleitschale eingebracht, um ein reibungsarmes Gleiten von Innenring und Außenring zueinander zu ermöglichen. Die Gleitschale kann z.B. in einen Außenring eines Gleitlagers eingebracht sein – etwa durch ein Spritzgussverfahren. Gleitschalen bestehen oftmals aus einem Kunststoffmaterial. Weiterhin sind Gleitschalen aus faserverstärktem Kunststoff bekannt. Dabei sind Fasern in eine einbettende Kunststoffmatrix eingebracht. Between an inner ring and an outer ring of a plain bearing, e.g. can be made of steel, often a sliding shell is introduced to allow a low-friction sliding of inner ring and outer ring to each other. The slip bowl may e.g. be introduced into an outer ring of a sliding bearing - such as by an injection molding process. Sliding trays are often made of a plastic material. Furthermore, sliding shells made of fiber-reinforced plastic are known. In this case, fibers are introduced into an embedding plastic matrix.

Eine Faser kann zum Beispiel ein Element oder ein Bauteil sein, das in eine Richtung, beispielsweise eine Haupterstreckungsrichtung, eine wesentlich größere Ausdehnung aufweist als in eine zweite und in eine dritte Richtung, wobei die drei Richtungen ein Koordinatensystem zwischen sich aufspannen. Die Ausdehnung der Faser kann eventuell in die erste Richtung um mindestens einen Faktor 10, 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 größer sein, als in die beiden anderen Richtungen. Die Faser kann dabei senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung, also der ersten Richtung, jedweden Querschnitt aufweisen, beispielsweise Kreis, Rechtecke, Viereck, Oval oder dergleichen. Die Faser kann entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung eine Mehrzahl von Faserabschnitten aufweisen. Ein Faserabschnitt kann zum Beispiel jedwede Länge, die gleich oder kleiner als die Faserlänge ist, aufweisen. Einzelne Faserabschnitte der Faser können dabei gegebenenfalls parallel zueinander angeordnet sein, sich kreuzen oder zu einer Masche geformt sein. Die Faser kann unter Umständen als Einzelfaser oder auch in einem Faserbündel angeordnet sein. For example, a fiber may be an element or component having a substantially greater extent in one direction, for example, a major direction of extent, than in a second and third direction, the three directions defining a coordinate system therebetween. The extent of the fiber may possibly be greater in the first direction by at least a factor of 10, 100, 1,000, 10,000 or 100,000, than in the other two directions. The fiber may have perpendicular to a main extension direction, ie the first direction, any cross-section, for example, circle, rectangles, quadrangle, oval or the like. The fiber may have a plurality of fiber sections along its main extension direction. For example, a fiber section may have any length that is equal to or less than the fiber length. Individual fiber sections of the fiber may optionally be arranged parallel to each other, intersect or be formed into a mesh. Under certain circumstances, the fiber can be arranged as a single fiber or else in a fiber bundle.

Beispielsweise können Gleitlager aus einem Material gefertigt sein, das ein Thermoplast mit einer Kohlenstofffaserverstärkung und/oder einer Glasfaserverstärkung umfasst. For example, sliding bearings may be made of a material comprising a thermoplastic having a carbon fiber reinforcement and / or a glass fiber reinforcement.

Für eine Lagerung von Achsen oder auch Wellen sind weiterhin Gleitbuchsen bekannt. Gleitbuchsen sind vor allem für Lagerungen geeignet, bei denen hohe Belastungen aufgenommen werden müssen und Drehgeschwindigkeiten einer in der Gleitbuchse gelagerten Achse oder Welle relativ gering sind. Gleitbuchsen bestehen oftmals aus einem Kunststoffmaterial. Weiterhin sind Gleitbuchsen aus faserverstärktem Kunststoff bekannt. Dabei sind Fasern in eine einbettende Kunststoffmatrix eingebracht. Beispielsweise können Gleitbuchsen aus einem Material gefertigt sein, das ein Thermoplast mit einer Kohlenstofffaserverstärkung und/oder einer Glasfaserverstärkung umfasst. For storage of axles or shafts slide bushes are still known. Sliding bushes are particularly suitable for bearings in which high loads must be accommodated and rotational speeds of a bearing in the sliding bush axis or shaft are relatively small. Sliding bushes often consist of a plastic material. Furthermore, sliding bushes made of fiber-reinforced plastic are known. In this case, fibers are introduced into an embedding plastic matrix. For example, sliding bushes may be made of a material comprising a thermoplastic having a carbon fiber reinforcement and / or a glass fiber reinforcement.

Gleitelemente können einstückig bereitgestellt sein oder aus mehreren Segmenten bestehen. Gleitelemente, wie z.B. Gleitlager oder Gleitbuchsen, aus einem kohlenstofffaser- bzw. glasfaserverstärkten Kunststoff weisen dabei jedoch eine Reihe an Nachteilen auf. Sliding elements may be provided in one piece or consist of several segments. Sliding elements, e.g. Plain bearings or sliding bushes, made of a carbon fiber or glass fiber reinforced plastic, however, have a number of disadvantages.

Glasfasern wie auch Kohlenstofffasern sind scharfkantig, weshalb Gleitelemente aus einem kohlenstofffaser- bzw. glasfaserverstärkten Kunststoff scharfkantige Faserenden enthalten. Insbesondere bei kurzen Glasfasern wie auch Kohlenstofffasern in einem faserverstärktem Kunststoff kann ein auf dem Gleitelement gleitender Körper – z.B. ein Innenring in einem Gleitlager oder eine in einer Gleitbuchse gelagerte Welle – beschädigt und mitunter stark verschlissen werden. Auch Gleitelemente, die aus einem endlosfaserverstärkten Kunststoff – z.B. einem Kunststoff, der mit einem aus Fasern gebildeten textilen Flächengebilde verstärkt ist – gebildet sind, können scharkantige Faserenden aufweisen. Die scharfkantigen Faserenden entstehen dabei z.B. im Laufe der Verwendung aufgrund von Faserbruch bei hohen Belastungen des Gleitelements. Die Lebensdauer eines Gleitelements, wie z.B. eines Gleitlagers oder einer Gleitbuchse, kann dadurch stark reduziert werden. Glass fibers as well as carbon fibers are sharp-edged, which is why sliding elements made of a carbon fiber or glass fiber reinforced plastic contain sharp-edged fiber ends. Especially with short glass fibers as well as carbon fibers in a fiber reinforced plastic, a body sliding on the slider - e.g. an inner ring in a plain bearing or a shaft mounted in a sliding bush - damaged and sometimes severely worn. Also sliding elements made of a continuous fiber reinforced plastic - e.g. a plastic that is reinforced with a fabric formed from fibers - are formed, may have sharp-edged fiber ends. The sharp-edged fiber ends arise, for example, in the course of use due to fiber breakage at high loads of the sliding element. The life of a sliding element, e.g. a sliding bearing or a sliding bush, can be greatly reduced.

Die Bruchdehnung von Glasfasern und weitaus stärker von Kohlenstofffasern gegenüber einer umgebenden Kunststoffmatrix ist zudem herabgesetzt. Die Bruchdehnung ist ein spezifischer Werkstoffkennwert, der die Verformungsfähigkeit eines Werkstoffs im plastischen Bereich (auch Duktilität genannt) bis zum Bruch kennzeichnet. Gewöhnlich weisen Glasfasern eine Bruchdehnung von weniger als 5% auf. Bei einer korrekten Anbindung der Oberfläche der Glasfasern an die Oberfläche der umgebenden Kunststoffmatrix wird somit die Bruchdehnung des Verbundmaterials aus Faser und umgebender Kunststoffmatrix herabgesetzt. Die Schlagzähigkeit, d.h. Fähigkeit, Stoßenergie und Schlagenergie zu absorbieren ohne zu brechen, und das Energieaufnahmevermögen des Verbundmaterials werden dadurch stark gemindert. The elongation at break of glass fibers and much more of carbon fibers compared to a surrounding plastic matrix is also reduced. Elongation at break is a specific material characteristic value which characterizes the deformability of a material in the plastic range (also called ductility) up to breakage. Usually, glass fibers have an elongation at break of less than 5%. With a correct connection of the surface of the glass fibers to the surface of the surrounding plastic matrix thus the breaking elongation of the composite material of fiber and surrounding plastic matrix is reduced. The impact resistance, ie ability to absorb impact energy and impact energy without breaking, and the energy absorption capacity of the composite material are greatly reduced.

Glasfasern werden gewöhnlich in Form von E-Glasfasern (E = Electric) bereitgestellt. E-Glasfasern sind jedoch sowohl im basischen als auch im sauren Bereich – insbesondere im basischen Bereich – nur sehr eingeschränkt chemikalienbeständig. Die Festigkeit der Faser als auch des Verbundes aus Faser und umgebender Kunststoffmatrix ist bei Anwesenheit saurer oder basischer Stoff somit vermindert. Weiterhin können Chemikalien oder Wasser durch feinste Kapillaren zwischen Oberflächen der Glasfasern und Oberflächen der umgebenden Kunststoffmatrix in das Innere des Verbundes aus Faser und umgebender Kunststoffmatrix gelangen und dadurch die Festigkeit des Verbundes herabsetzen. Glass fibers are usually provided in the form of E-glass fibers (E = Electric). However, E-glass fibers are only very limited in chemical resistance, both in the basic and in the acidic range - especially in the basic range. The strength of the fiber and the composite of fiber and surrounding plastic matrix is thus reduced in the presence of acidic or basic material. Furthermore, chemicals or water can pass through very fine capillaries between surfaces of the glass fibers and surfaces of the surrounding plastic matrix into the interior of the composite of fiber and surrounding plastic matrix and thereby reduce the strength of the composite.

Ein Gleitelement aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff weist zudem den Nachteil auf, dass Kohlenstofffasern oder Abriebpartikel der Kohlenstofffasern aufgrund hoher elektrochemischer Spannungsunterschiede zwischen den Fasern und eines auf dem Gleitelement gleitenden Körpers aus Metall, z.B. aus Stahl, ein Korrodieren des Körpers begünstigen. A sliding member made of carbon fiber reinforced plastic also has the disadvantage that carbon fibers or abrasive particles of the carbon fibers due to high electrochemical stress differences between the fibers and a sliding on the sliding body of metal, e.g. made of steel, favoring a corroding of the body.

Eine gute Anbindung der Faseroberfläche an die umgebende Kunststoffmatrix ist essentiell für die Übertragung von Kräften zwischen Faser und umgebender Matrix. Beiden vorgenannten Faserarten ist der Nachteil inhärent, dass sie für eine gute Anbindung ihrer Faseroberfläche an die umgebende Kunststoffmatrix einer speziellen Oberflächenbehandlung bedürfen, welche speziell auf den jeweiligen Kunststoff der umgebenden Matrix angepasst sein muss. Bei der Herstellung eines Gleitelements sind daher zeit- und somit auch kostenintensive Schritte zur spezifischen Oberflächenbehandlung der Fasern nötig. A good connection of the fiber surface to the surrounding plastic matrix is essential for the transmission of forces between the fiber and the surrounding matrix. Both types of fibers mentioned above have the inherent disadvantage that, for a good connection of their fiber surface to the surrounding plastic matrix, they require a special surface treatment, which must be specially adapted to the respective plastic of the surrounding matrix. In the production of a sliding element therefore time-consuming and thus cost-intensive steps for the specific surface treatment of the fibers are necessary.

Weiterhin können Gleitelemente, die aus einem glasfaserverstärktem oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt sind, nach ihrem Gebrauch nur sehr aufwändig in ihre einzelnen Bestandteile getrennt werden. Gewöhnlich werden Gleitelemente zum einen durch Verbringung in eine Mülldeponie oder thermische Verwertung entsorgt oder zum anderen durch Vermahlen und anschließendem Extrudieren zu Granulat rezykliert. In Folge des Vermahlens nimmt jedoch die Faserlänge der spröden Glas- bzw. Kohlenstofffasern deutlich ab. Ein aus rezykliertem Material gebildetes Verbundmaterial hat aufgrund der deutlich reduzierten Faserlänge eine geringere Festigkeit und eine verminderte Schlagzähigkeit. Furthermore, sliding elements, which are made of a glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic, can be separated after their use only with great effort into their individual components. Usually sliding elements are disposed of by a shipment to a landfill or thermal recycling or recycled to granules by grinding and subsequent extrusion. As a result of the grinding, however, the fiber length of the brittle glass or carbon fibers decreases significantly. A composite material formed from recycled material has lower strength and reduced impact strength due to the significantly reduced fiber length.

Kohlenstofffasern haben zudem einen verhältnismäßig hohen Preis, sodass die Herstellungskosten für ein Gleitelement aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff relativ hoch sind. Carbon fibers also have a relatively high price, so that the manufacturing cost of a sliding element made of a carbon fiber reinforced plastic are relatively high.

Es besteht daher ein Bedarf, ein Gleitelement für ein Gleitlager sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, die zumindest die oben genannten Nachteile vermeiden. There is therefore a need to provide a sliding element for a plain bearing and a method for its production, which at least avoid the disadvantages mentioned above.

Ausführungsbeispiele ermöglichen dies, indem ein Gleitelement für ein Gleitlager oder ein Segment für ein Gleitelement aus einem Material, das ein Thermoplast mit einer chemisch äquivalenten Faserverstärkung umfasst, bereitgestellt wird. Hierdurch kann ein Gleitelement mit verbesserten Eigenschaften bereitgestellt werden. Embodiments make this possible by providing a sliding member for a sliding bearing or a segment for a sliding member made of a material comprising a thermoplastic having a chemically equivalent fiber reinforcement. This can provide a sliding element with improved properties.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Thermoplast Polyamid, teilaromatisiertes Polyamid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyetherimid, ein Polyaryletherketon, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polylactat, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyphthalamid, Polyacetal, Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyamidimid, Polysulfon, Polyphenylenether, Polyarylamid, Polybenzimidazol, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder flüssig-kristalline Polymere. In some embodiments, the thermoplastic comprises polyamide, partially aromatic polyamide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyetherimide, a polyaryletherketone, polymethylmethacrylate, polyvinylchloride, polyurethane, acrylonitrile-butadiene-styrene, polylactate, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyphthalamide, polyacetal, polyphenylene sulfide, Polyimide, polyamideimide, polysulfone, polyphenylene ether, polyarylamide, polybenzimidazole, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or liquid crystalline polymers.

In einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Gleitelement eine Gleitschale oder eine Gleitbuchse. In some embodiments, the slider includes a sliding cup or slide bush.

Ausführungsbeispiele stellen ein Gleitlager mit zumindest einem Gleitelement oder einem Segment für ein Gleitelement gemäß den Ausführungsbeispielen bereit. Ein Gleitlager gemäß den Ausführungsbeispielen weist verbesserte Eigenschaften gegenüber bekannten Gleitlagern auf. Embodiments provide a sliding bearing with at least one sliding element or segment for a sliding element according to the embodiments. A plain bearing according to the embodiments has improved properties over known plain bearings.

Ausführungsbeispiele stellen weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements für ein Gleitlager oder eines Segments für ein Gleitelement bereit. Das Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen eines Materials, das ein Thermoplast mit einer chemisch äquivalenten Faserverstärkung umfasst, und ein Formen des Gleitelements oder des Segments für ein Gleitelement aus dem Material. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann ein Gleitelement mit verbesserten Eigenschaften bereitgestellt werden. Embodiments further provide a method of making a sliding member for a sliding bearing or a segment for a sliding member. The method thereby comprises providing a material which comprises a thermoplastic with a chemically equivalent fiber reinforcement, and forming the sliding element or the segment for a sliding element made of the material. The proposed method can provide a sliding element with improved properties.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Formen des Gleitelements oder des Segments für ein Gleitelement ein Spritzgießen des Gleitelements oder des Segments für ein Gleitelement. According to some embodiments, the molding of the sliding element or the segment for a sliding element comprises an injection molding of the sliding element or the segment for a sliding element.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Formen des Gleitelements oder des Segments für ein Gleitelement ein Formen eines röhrenförmigen Körpers mittels Extrusion oder mittels eines Wickelprozesses und eine spannende Bearbeitung des röhrenförmigen Körpers. According to some embodiments, the molding of the sliding element or the segment for a sliding element comprises forming a tubular body by means of extrusion or by means of a winding process and an exciting machining of the tubular body.

In einigen Ausführungsbeispielen ist das Material in Form eines mit Fasern durchsetzten Granulats oder in Form eines mit dem Thermoplast imprägnierten Faserbündels oder Gewebes aus Fasern bereitgestellt. In some embodiments, the material is provided in the form of fiber-entrained granules or in the form of a fiber-impregnated fiber bundle or web of fibers.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Formen des Gleitelements oder des Segments für ein Gleitelement ein Verpressen einer oder mehrerer mit dem Thermoplast imprägnierter Gewebelagen aus Fasern unter Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung. According to some embodiments, forming the slider or segment for a slider comprises compressing one or more thermoplastic impregnated fabric layers of fibers under pressure and / or temperature.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the attached figures. Show it:

1 eine schematische Seitenansicht eines Segments eines Ausführungsbeispiels eines Gleitelements; und 1 a schematic side view of a segment of an embodiment of a sliding element; and

2 ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Gleitelements. 2 a flow diagram of an embodiment of a method for producing a sliding element.

1 zeigt eine Seitenansicht eines Segments eines Gleitelements 1. Das Gleitelement 1 kann z.B. eine in einen Innen- oder Außenring eines Gleitlagers eingebrachte Gleitschale sein oder eine Gleitbuchse sein. Das Gleitelement 1 ist aus einem Material gebildet, das eine einbettende Matrix 2 und eine Verstärkung in Form einer Faser 3 umfasst. Die einbettende Matrix 2 umfasst dabei ein Thermoplast. Die Faser 3 ist chemisch äquivalent zu dem Thermoplast. Chemisch äquivalent bedeutet, dass die Faser 3 und die einen Thermoplast umfassende einbettende Matrix 2 einen chemisch gleichwertigen Aufbau haben. Insbesondere sind die chemischen Eigenschaften der Faser 3 und des Thermoplasts der einbettenden Matrix 2 gleich. Die Faser 3 kann z.B. chemisch identisch zu dem Thermoplast der einbettenden Matrix 2 sein, d.h. einen chemisch identischen Aufbau wie das Thermoplast der einbettenden Matrix 2 aufweisen. Der physikalisch Zustand bzw. die physikalischen Eigenschaften der Faser 3 können dabei von denen des Thermoplasts der einbettenden Matrix 2 verschieden sein. 1 shows a side view of a segment of a sliding element 1 , The sliding element 1 For example, it may be a sliding cup inserted into an inner or outer ring of a sliding bearing or it may be a sliding bushing. The sliding element 1 is made of a material that has an embedding matrix 2 and a reinforcement in the form of a fiber 3 includes. The embedding matrix 2 includes a thermoplastic. The fiber 3 is chemically equivalent to the thermoplastic. Chemically equivalent means that the fiber 3 and the thermoplastic embedding matrix 2 have a chemically equivalent structure. In particular, the chemical properties of the fiber 3 and the thermoplastic of the embedding matrix 2 equal. The fiber 3 may, for example, be chemically identical to the thermoplastic of the embedding matrix 2 be, ie a chemically identical structure as the thermoplastic of the embedding matrix 2 exhibit. The physical state or physical properties of the fiber 3 may be different from those of the thermoplastic of the embedding matrix 2 to be different.

Das Thermoplast der einbettenden Matrix 2 kann z.B. Polyamid, teilaromatisiertes Polyamid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyetherimid, ein Polyaryletherketon, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polylactat, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyphthalamid, Polyacetal, Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyamidimid, Polysulfon, Polyphenylenether, Polyarylamid, Polybenzimidazol, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder flüssigkristalline Polymere umfassen. Die Faser 3 kann dabei z.B. einen chemisch identischen Aufbau wie das Thermoplast der einbettenden Matrix 2 aufweisen, d.h. einen gleichen Thermoplast umfassen. The thermoplastic of the embedding matrix 2 For example, polyamide, partially aromatic polyamide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyetherimide, a polyaryletherketone, polymethylmethacrylate, polyvinylchloride, polyurethane, acrylonitrile-butadiene-styrene, polylactate, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyphthalamide, polyacetal, polyphenylene sulfide, polyimide, polyamideimide, Polysulfone, polyphenylene ether, polyarylamide, polybenzimidazole, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or liquid crystalline polymers. The fiber 3 can eg have a chemically identical structure as the thermoplastic of the embedding matrix 2 comprise, ie comprise a same thermoplastic.

Eventuell kann dem Material der einbettenden Matrix 2 auch wenigstens ein Gleitmittel oder ein Gleitzusatz zugemischt sein. Unter Umständen können auch eine Mehrzahl von Gleitmitteln oder Gleitzusätzen zugemischt sein. Bei dem Gleitmittel kann es sich um ein PTFE-Pulver, Graphit und/oder MoS2 (Molybdändisulfid) und/oder anorganische Nanopartikel handeln. Entsprechend können auch der Faser 3 ein oder mehrere Gleitmittel zugemischt sein. Eventually, the material of the embedding matrix 2 also at least one lubricant or a slip additive be admixed. Under certain circumstances, a plurality of lubricants or Gleitzusätzen be mixed. The lubricant may be a PTFE powder, graphite and / or MoS2 (molybdenum disulfide) and / or inorganic nanoparticles. Accordingly, also the fiber 3 one or more lubricants may be mixed.

Ein Gleitlager kann z.B. einen Innenring und einen Außenring aus Stahl aufweisen, wobei ein Gleitelement 1 in Form einer Gleitschale in den Außenring aus Stahl eingebracht ist. Das Gleitelement 1 in Form der Gleitschale kann dabei eine Gleitfläche für eine Gleitfläche des Innenrings bilden, so dass der Innenring und der Außenring vermittelt über die wenigstens eine Gleitfläche des Innenrings und die Gleitschale relativ zueinander bewegbar sind. Ein Gleitlager kann weiterhin z.B. ein Gleitelement 1 in Form einer Gleitbuchse umfassen, mit der eine in die Gleitbuchse eingebrachte Welle oder Achse drehend zu dieser gelagert werden kann. A sliding bearing may, for example, an inner ring and an outer ring made of steel, wherein a sliding element 1 is introduced in the form of a sliding shell in the outer ring made of steel. The sliding element 1 In the form of the sliding shell can form a sliding surface for a sliding surface of the inner ring, so that the inner ring and the outer ring mediates on the at least one sliding surface of the inner ring and the sliding shell are movable relative to each other. A sliding bearing can also, for example, a sliding element 1 in the form of a sliding bushing with which a shaft or axle inserted into the sliding bushing can be mounted in rotation therewith.

Das Gleitelement 1 kann dabei einstückig oder aus mehreren Segmenten gebildet sein. The sliding element 1 can be formed in one piece or from several segments.

2 zeigt ein Ablaufdiagram eines Verfahrens 10 zur Herstellung des Gleitelements 1. Das Verfahren 10 umfasst dabei ein Bereitstellen 11 eines Materials, das ein Thermoplast mit einer chemisch äquivalenten Faserverstärkung umfasst. Weiterhin beinhaltet das Verfahren ein Formen 12 des Gleitelements 1 aus dem Material. 2 shows a flowchart of a method 10 for the production of the sliding element 1 , The procedure 10 includes a provision 11 a material comprising a thermoplastic with a chemically equivalent fiber reinforcement. Furthermore, the method includes molding 12 of the sliding element 1 from the material.

Mit dem Verfahren 10 können alternativ auch einzelne Segmente für ein Gleitelement 1 statt eines einstückigen Gleitelements 1 hergestellt werden. Mehrere Segmente können zu einem Gleitelement 1 miteinander verbunden werden. With the procedure 10 Alternatively, individual segments for a sliding element 1 instead of a one-piece sliding element 1 getting produced. Multiple segments can become a slider 1 be connected to each other.

Das Formen des Gleitelements 1 kann z.B. ein Spritzgießen des Gleitelements 1 umfassen. Das Material kann dabei z.B. in Form eines mit Fasern 3 durchsetzten Granulats bereitgestellt sein. Die Fasern 3 weisen eine hohe Orientierung ihrer Makromoleküle auf, die im Herstellungsprozess der Fasern mittels Recken erzeugt wird. Dabei werden die Fasern definiert verformt – z.B. werden Fasern aus einem Kunststoff unter Zugspannung gesetzt, so dass sich ungeordnete Polymere und teilkristalline Bereiche in etwa parallel zur Zugrichtung ausrichten. Dadurch werden Berührungsflächen zwischen den Makromolekülen der Faser größer und Abstände zwischen den Makromolekülen geringer. Sekundärbindungen zwischen den Makromolekülen der Faser sind dementsprechenden stärker, weshalb die Faser eine höhere Schmelztemperatur als das in Form des Granulats bereitgestellte umgebende Matrixmaterial aufweist. Die Differenz der Schmelztemperaturen von einbettender Matrix 2 und chemisch äquivalenter Faser 3 kann z.B. durch die Verwendung von Thermoplasten mit längeren Makromolekülen und höherem Molekulargewicht für die Faser 3 weiter gesteigert werden. Aufgrund des höheren Schmelzpunktes der Fasern kann daher z.B. bei einem Spritzgussverfahren das Granulat für die einbettende Matrix erhitzt und aufgeschmolzen werden, während die chemisch äquivalenten Fasern erhalten bleiben, d.h. nicht aufschmelzen. Das Gleitelement 1 kann somit auf einfache Weise in einem Werkzeug z.B. mittels Spritzguss geformt werden. The molding of the sliding element 1 For example, an injection molding of the sliding element 1 include. The material can be in the form of one with fibers 3 permeated granules be provided. The fibers 3 have a high orientation of their macromolecules, which is produced in the manufacturing process of the fibers by stretching. The fibers are deformed defined - eg fibers are placed under tension from a plastic, so that disordered polymers and semi-crystalline regions align approximately parallel to the pulling direction. As a result, contact areas between the macromolecules of the fiber become larger and distances between the macromolecules smaller. Secondary bonds between the macromolecules of the fiber are correspondingly stronger, which is why the fiber has a higher melting temperature than the surrounding matrix material provided in the form of the granules. The difference in melting temperatures of embedding matrix 2 and chemically equivalent fiber 3 For example, by using thermoplastics with longer macromolecules and higher molecular weight for the fiber 3 be further increased. Due to the higher melting point of the fibers can therefore, for example, in an injection molding process, the granules for the embedding matrix are heated and melted, while the chemically equivalent fibers are retained, ie do not melt. The sliding element 1 can thus be easily formed in a tool, for example by injection molding.

Ebenso kann das Formen des Gleitelements 1 z.B. ein Herstellen eines röhrenförmigen Körpers umfassen. Beispielsweise kann der röhrenförmige Körper durch eine Extrusion eines mit Fasern 3 durchsetzten Granulats hergestellt werden. Alternativ kann der röhrenförmige Körper in einem Wickelprozess hergestellt werden, in dem Faserbündel aus Fasern 3, die auch als Rovings bekannt sind, oder ein Gewebe aus Fasern 3 mit einem chemisch äquivalenten Matrixpulver imprägniert werden und anschließend unter Temperaturbeaufschlagung auf einen Kern aufgewickelt werden. Das Gleitelement 1 kann durch eine anschließende spannende Bearbeitung des röhrenförmigen Körpers erhalten werden. Likewise, the molding of the sliding element 1 For example, include making a tubular body. For example, the tubular body may be extruded with fibers 3 permeated granules are produced. Alternatively, the tubular body may be made in a winding process in which fiber bundles of fibers 3 also known as rovings, or a web of fibers 3 be impregnated with a chemically equivalent matrix powder and then wound on a core while applying temperature. The sliding element 1 can be obtained by a subsequent exciting machining of the tubular body.

Auch kann das Formen des Gleitelements 1 z.B. ein Heißpressen von Gewebelagen aus Fasern 3, die mit einer Matrix 2 imprägniert sind, umfassen. Allgemein kann das Formen des Gleitelements ein Verpressen von einer oder mehrerer Gewebelagen unter Druck- und/oder Temperaturbeaufschlagung umfassen. Also, the molding of the sliding element 1 For example, a hot pressing of fabric layers of fibers 3 that with a matrix 2 impregnated include. Generally, the molding of the sliding element may comprise pressing one or more layers of fabric under pressure and / or temperature.

Bei einem Abkühlen des z.B. in einem Spritzgussverfahren geformten Gleitelements 1 kann die Oberfläche der zu dem Thermoplast chemisch äquivalenten Faser 3 zudem nukleierend, insbesondere stark nukleierend, auf die noch flüssige Schmelze der einbettenden Matrix 2 wirken, da die Fasern 3 und der Thermoplast der einbettenden Matrix 2 chemisch äquivalent sind – insbesondere einen chemisch identischen Aufbau aufweisen können. Die zu dem Thermoplast der einbettenden Matrix 2 chemisch äquivalente Faser 3 begünstigt also die Freisetzung von Keimzellen für eine Kristallisation der abkühlenden Schmelze der einbettenden Matrix 2. Dadurch kann die Ausbildung transkristalliner Bereiche um die Fasern 3 erreicht werden, insbesondere können sogenannte Shish-Kebab-Strukturen erzielt werden. Eine Shish-Kebab-Struktur ist eine hantelförmige Struktur, wobei der Innere Teil (Seele) aus parallel angeordneten, weitgehend gestreckten Ketten besteht, während die Hanteln aus gefalteten Lamellen aufgebaut sind. Die mechanischen Eigenschaften als auch die tribologischen Eigenschaften eines derartigen Gleitelements können verbessert sein gegenüber konventionellen Gleitelementen. Aufgrund der Nukleierungswirkung der Oberfläche der Faser 3 kann auch eine Kristallisationsgeschwindigkeit der die Faser 3 umgebenden Schmelze der einbettenden Matrix 2 erhöht werden. Somit können z.B. in einem Spritzgussverfahren hergestellte Gleitelemente 1 schneller entformt werden, d.h. schneller aus einem Spritzwerkzeug gelöst werden. Zykluszeiten eines Spritzgusswerkzeugs und somit auch die Herstellungskosten eines Gleitelements 1 gemäß den Ausführungsbeispielen können somit gesenkt werden. Upon cooling of the molded example in an injection molding sliding element 1 may be the surface of the chemically equivalent fiber to the thermoplastic 3 also nucleating, especially strongly nucleating, on the still liquid melt of the embedding matrix 2 act as the fibers 3 and the thermoplastic of the embedding matrix 2 are chemically equivalent - in particular may have a chemically identical structure. The to the thermoplastic of the embedding matrix 2 chemically equivalent fiber 3 thus promotes the release of germ cells for crystallization of the cooling melt of the embedding matrix 2 , This allows the formation of transcrystalline regions around the fibers 3 can be achieved, in particular so-called shish kebab structures can be achieved. A shish-kebab structure is a dumbbell-shaped structure, wherein the inner part (soul) consists of parallel, extensively stretched chains, while the dumbbells are constructed of folded lamellae. The mechanical properties as well as the tribological properties of such a sliding element can be improved over conventional sliding elements. Due to the nucleating effect of the surface of the fiber 3 can also be a crystallization rate of the fiber 3 surrounding melt of the embedding matrix 2 increase. Thus, for example, produced in an injection molding sliding elements 1 be demoulded faster, ie be solved faster from an injection mold. Cycle times of an injection molding tool and thus the cost of a sliding element 1 according to the embodiments can thus be lowered.

Dadurch die Vermeidung teurer Kohlenstofffasern in dem Gleitelement 1 gemäß den Ausführungsbeispielen können die Herstellungskosten für das Gleitelement 1 verglichen mit konventionellen Gleitelementen aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff weiter reduziert werden. Thereby avoiding expensive carbon fibers in the slider 1 According to the embodiments, the manufacturing cost of the sliding element 1 be reduced further compared to conventional sliding elements made of a carbon fiber reinforced plastic.

Fasern aus einem Kunststoff weisen im Vergleich zu Glas- oder Kohlenstofffasern eine erhöhte Bruchdehnung auf. Durch die Verwendung von zu dem Thermoplast der einbettenden Matrix 2 chemisch äquivalenten Fasern 3 kann somit die Schlagzähigkeit und das Energieaufnahmevermögen von eines Gleitelements 1 gemäß den Ausführungsbeispielen gegenüber Gleitelementen aus kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Kunststoffen erhöht werden. Die Bruchgefahr eines Gleitelements 1 gemäß den Ausführungsbeispielen z.B. bei einer Stoßbelastung kann somit gegenüber konventionellen Gleitelementen aus kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Kunststoffen gemindert werden. Fibers made of a plastic have an increased elongation at break compared to glass or carbon fibers. By using to the thermoplastic of the embedding matrix 2 chemically equivalent fibers 3 Thus, the impact resistance and the energy absorption capacity of a sliding element 1 be increased according to the embodiments compared to sliding elements made of carbon or glass fiber reinforced plastics. The risk of breakage of a sliding element 1 According to the embodiments, for example in a shock load can thus be reduced compared to conventional sliding elements made of carbon or glass fiber reinforced plastics.

Aufgrund der chemischen Äquivalenz der Fasern 3 und des Thermoplasts der einbettenden Matrix 2 ist eine gute Anbindung der Faseroberflächen an die umgebenden Oberflächen der einbettenden Matrix 2 gegeben. Eine spezielle Oberflächenbehandlung der Fasern 3 zur Erzielung einer guten Anbindung kann deshalb im Vergleich zu einem kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Kunststoff vermieden werden. Ein Herausziehen von Fasern 3 aus der einbettenden Matrix 2 in Folge einer Einwirkung großer äußerer Kräfte bzw. Lasten ist erschwert, so dass eine Verbundfestigkeit des Verbunds aus Faser 3 und einbettender Matrix 2 insgesamt erhöht ist. Due to the chemical equivalence of the fibers 3 and the thermoplastic of the embedding matrix 2 is a good bond of the fiber surfaces to the surrounding surfaces of the embedding matrix 2 given. A special surface treatment of the fibers 3 To achieve a good connection can therefore be avoided compared to a carbon or glass fiber reinforced plastic. Pulling out fibers 3 from the embedding matrix 2 as a result of exposure to large external forces or loads is difficult, so that a bond strength of the composite of fiber 3 and embedding matrix 2 total is increased.

Die aufgrund der chemischen Äquivalenz der Fasern 3 und des Thermoplasts der einbettenden Matrix 2 verwirklichte gute Anbindung der Faseroberflächen an die umgebenden Oberflächen der einbettenden Matrix 2 verhindert zudem effektiv die Ausbildung von Kapillaren zwischen Oberflächen der Faser 3 und der einbettenden Matrix 2. Die Chemikalienbeständigkeit des Verbunds aus Faser 3 und einbettender Matrix 2 ist daher im Vergleich zu konventionellen kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Kunststoffen erhöht. Due to the chemical equivalence of the fibers 3 and the thermoplastic of the embedding matrix 2 realized good bonding of the fiber surfaces to the surrounding surfaces of the embedding matrix 2 also effectively prevents the formation of capillaries between surfaces of the fiber 3 and the embedding matrix 2 , The chemical resistance of the composite fiber 3 and embedding matrix 2 is therefore increased compared to conventional carbon or glass fiber reinforced plastics.

Fasern aus einem Kunststoff sind im Gegensatz zu Glasfasern per se nicht scharfkantig, sodass eine Oberfläche eines auf einem Gleitelement 1 gleitenden Körpers nicht beschädigt bzw. verschlissen wird. Ein Gleitelement 1 gemäß den Ausführungsbeispielen kann somit den Verschleiß von darauf gleitenden Körpern gegenüber konventionellen Gleitelementen aus einem kohlenstofffaser- bzw. glasfaserverstärktem Kunststoff reduzieren. Fibers made of a plastic, in contrast to glass fibers per se are not sharp-edged, so that a surface of a on a sliding element 1 sliding body is not damaged or worn. A sliding element 1 According to the embodiments can thus reduce the wear of sliding thereon bodies over conventional sliding elements of a carbon fiber or glass fiber reinforced plastic.

Zusammenfassend betrachtet können Gleitelemente gemäß den Ausführungsbeispielen bei einer Verwendung in Gleitlagern somit die Lebensdauer des Gleitlagers verlängern. Weiterhin können Wartungsintervalle für das Gleitlager aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften der Gleitelemente gemäß den Ausführungsbeispielen erhöht werden. Somit können Aufwand und Kosten über den Verwendungszyklus eines Gleitelements gesenkt werden. In summary, sliding elements according to the embodiments when used in sliding bearings thus extend the life of the sliding bearing. Furthermore, maintenance intervals for the slide bearing can be increased due to the advantageous properties of the sliding elements according to the embodiments. Thus, effort and expense can be reduced over the cycle of use of a sliding element.

Zudem kann ein Gleitelement 1 gemäß den Ausführungsbeispielen besser rezykliert werden, da die Faser 3 und der Thermoplast der einbettenden Matrix 2 chemisch äquivalent sind. Insbesondere können die Faser 3 und der Thermoplast der einbettenden Matrix 2 einen chemisch identischen Aufbau aufweisen, d.h. einen gleichen Thermoplast umfassen. Bei einer Rezyklierung eines Gleitelements gemäß den Ausführungsbeispielen müssen die Fasern 3 somit nicht von der einbettenden Matrix 2 getrennt werden, sondern können z.B. zu einem Granulat vermahlen werden. Das so gewonnen Granulat kann z.B. in einem weiteren Prozess zur Herstellung technisch hochwertiger Teile, insbesondere zur Herstellung von Gleitelementen, verwendet werden. In addition, a sliding element 1 be recycled better according to the embodiments, since the fiber 3 and the thermoplastic of the embedding matrix 2 are chemically equivalent. In particular, the fiber can 3 and the thermoplastic of the embedding matrix 2 have a chemically identical structure, ie comprise a same thermoplastic. In a recycling of a sliding element according to the embodiments, the fibers 3 thus not from the embedding matrix 2 but can be ground, for example, to a granulate. The granules thus obtained can be used, for example, in a further process for the production of high-quality parts, in particular for the production of sliding elements.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Gleitelement Slide
2 2: einbettende Matrix embedding matrix
3 3: Faser fiber
10 10: Verfahren method
11 11: Bereitstellen eines Materials, das ein Thermoplast mit einer chemisch identischen Faserverstärkung umfasstProviding a material comprising a thermoplastic having a chemically identical fiber reinforcement
12 12: Formen des Gleitelements aus dem Material Forming the sliding element from the material

Claims

Sliding element for a sliding bearing or segment for a sliding element of a material comprising a thermoplastic with a chemically equivalent fiber reinforcement.

Sliding element for sliding bearing or sliding element segment according to claim 1, wherein the thermoplastic is polyamide, partially aromatic polyamide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyetherimide, polyaryletherketone, polymethylmethacrylate, polyvinylchloride, polyurethane, acrylonitrile-butadiene-styrene, polylactate, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene, Polypropylene, polystyrene, polyphthalamide, polyacetal, polyphenylene sulfide, polyimide, polyamideimide, polysulfone, polyphenylene ether, polyarylamide, polybenzimidazole, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride or liquid crystalline polymers.

Sliding element for a sliding bearing or segment for a sliding element according to claim 1 or claim 2, wherein the sliding element comprises a sliding shell or a sliding bushing.

Sliding bearing with at least one sliding element or a segment for a sliding element according to one of claims 1 to 3.

Method for producing a sliding element for a slide bearing or a segment for a sliding element, comprising: Providing a material comprising a thermoplastic having a chemically equivalent fiber reinforcement; and Forming the sliding element or the segment for a sliding element from the material.

The method of claim 5, wherein forming the slider or segment for a slider comprises injecting the slider or segment for a slider.

The method of claim 5, wherein forming the sliding member or segment for a sliding member comprises forming a tubular body by extrusion or by a winding process and an exciting machining of the tubular body.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the material is provided in the form of a granulated fibrous granule or in the form of a fiber-impregnated fiber bundle or web of fibers.

The method of claim 5, wherein forming the slider or segment for a slider comprises compressing one or more thermoplastic impregnated fabric layers of fibers under pressure and / or temperature.