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Die vorliegende Erfindung betrifft Gleitlager, deren Gleitwerkstoffe, ihre Herstellung und Anwendung im Hochtemperaturbereich.
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Ein Gleitlager ist die im Anlagen-, Maschinen-, und Gerätebau am häufigsten gebrauchte LagerBauart. Gleitlager zeichnen sich dadurch aus, dass sich die zueinander bewegenden Teile direkten Kontakt haben. Sie gleiten aufeinander gegen den durch die Gleitreibung verursachten Widerstand. Der Widerstand kann durch Schmierung niedrig gehalten werden. Allerdings sorgen der auf das Material ausgeübte Druck, die vorhandene oder bei der Reibung entstehende Wärme und natürlich auch die Reibung selbst für einen Verschleiß. Dieser Verschleiß begrenzt die Lebensdauer des Lagers. Der Druck wird durch das Gewicht der lagernden Teile bestimmt, die Temperatur ist durch die Betriebsumgebung vorgegeben. Der durch die Gleitreibung verursachte Widerstand ist allerdings materialabhängig und damit durch Wahl der verwendeten Materialien, die aufeinander gleiten, zu beeinflussen. Gemessen wird der Widerstand als Reibungskoeffizient bzw. als Reibungszahl, welche ein dimensionsloses Maß für die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft darstellt. Hier hat sich für eine Gleitreibung von Stahl auf Stahl ein Wert von 0,10 bis 0,12 ergeben. Weit weniger wird nur für die Werkstoffe Polyetheretherketon und Polytetrafluorethylen (PTFE) gemessen, wobei Polytetrafluorethylen (PTFE) mit 0,08 bei einer Reibung gegen gehärteten und geschliffenen Stahl als Gleitwerkstoff das Mittel der Wahl ist Die weiteren Umgebungsparameter sind 23 °C, 50% Raumfeuchtigkeit, ein Druck von 0,05 MPa, eine Gleitgeschwindigkeit von 0,6 m/s, sie werden hier nur der Vollständigkeit halber genannt.
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Polytetrafluorethylen (PTFE) ist unverzweigtes, linear aufgebautes, teilkristallines Polymer. Es besteht nur aus den Elementen Kohlenstoff (C) und Fluor (F). Der zu der Klasse der Polyhalogenolefine gehörige Stoff ist auch unter den Namen Teflon, Polytetrafluorethen und Xynflon bekannt. Polytetrafluorethylen ist sehr reaktionsträge und beständig gegenüber Basen, Alkoholen, Ketonen, Benzinen und Ölen. Es ist hitze- und kältebeständig in einem Temperaturrahmen bis hin zu 260 °C bis 270 °C. Der oben erwähnte geringe Gleitreibungskoeffizient ist genauso groß wie der Haftreibungskoeffizient, so dass der Übergang von Stillstand zu Bewegung ohne einen Ruck stattfindet.
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Daher ist Polytetrafluorethylen (PTFE) als Gleitwerkstoff in Lagern bekannt. Es wird unter anderem in Flachgleitlagern, Punktkipplagern und Kalottenlager zur Anwendung gebracht. Solche Lager werden auch im Großanlagenbau verwendet, dort werden die Lager weitestgehend statisch beansprucht, wobei die selten auftretenden Gleitbewegungen eine niedrige Gleitgeschwindigkeit aufweisen und die Verschiebung meist in der horizontalen Ebene stattfindet. Allerdings können die Lager in Anlagen verwendet werden, deren Temperaturschwankungen mehrere hundert °Celsius betragen. Somit ist es die Temperaturbeständigkeit und die Belastung der Lager und ihren Gleitwerkstoffen bei höheren Temperaturen ein aktuell wichtiges Thema. In Großanlagen wie Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen und anderen Anlagen, die ebenfalls wärmeführende Rohrleitungen, Kessel, Wärmetauscher und Ähnliches zu ihrem ständigen Betrieb benötigen sind Temperaturänderungen im Rahmen von -30 °C bis hin zu +600 °C möglich. Die Ausdehnung dieser hitzebelasteten Teile wird durch die Lager kompensiert.
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Die Lager unterliegen bei einem Einsatz im Bau den Anforderung der europäischen Norm EN 1337 „Lager im Bauwesen“. Bauwerkslager sind grundsätzlich in dem Teil 1 der EN 1337 in deren aktuell gültiger Fassung von 2004 (EN 1337-1:2004) in Tabelle 1 aufgeführt. Es gibt aber weitere Bauarten bzw. Abwandlungen, die in anderen Normen zu finden sind. So sind in der EN 15129 speziell Lager zur Erdbebenisolation normiert.
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Die Gleitelemente, also die Teile eines Lagers, die die gleitende Bewegung zwischen den Bauteilen ermöglichen und sicherstellen, sind in dem 2.ten Teil der EN 1337 geregelt. Allerdings sind hier die erlaubten Einsatztemperaturen des verwendeten Gleitwerkstoffs PTFE auf max. +48 °C begrenzt. Diese Temperatur wird nun bei den oben genannten Anlagen häufig überschritten, so dass die Lager vor der anfallenden Wärme mit Hilfe von Isolierungen geschützt werden müssen. Je höher die Temperatur desto aufwendiger fallen naturgemäß die thermischen Isolierungen aus. Nachteil der zur Zeit vorliegenden Gleitwerkstoffe ist es auch, dass diese bei steigender Temperatur ihre Druckstabilität verlieren und sich die Reibeiwerte bzw. Reibungszahlen und damit die Gleitreibzahl verändert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Gleitlager, einen Gleitwerkstoff, Anwendungen für den Stoff und ein Verfahren zur seiner Herstellung bereitzustellen, wobei der Stoff auch bei hohen Anschlusstemperaturen einen niedrigen Gleitwert aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gleitwerkstoff gelöst, welcher modifiziertes Polytetrafluorethylen und Grafit umfasst. PTFE hat wie bereits oben genannt einen sehr niedrigen Gleitreibwert. Es weist auch weitere Eigenschaften auf, die es als Gleitwerkstoff empfehlen. Bei höheren Temperaturen verschleißt, die dem PTFE innewohnende Eigenschaft des „Kaltfließens“ das ausgeformte Bauteil und macht es unbrauchbar. Es ist nun festgestellt worden, dass modifiziertes Polytetrafluorethylen (PTFE) gemischt mit einem Compound aus Grafit und harte Kohle, diesen Anforderungen entspricht. Hierbei muss beachtet werden, dass der Anteil der Füllstoffe, insbesondere des Grafits nicht zu hoch ausfällt. Modifiziertes Polytetrafluorethylen (PTFE) ist im Gegensatz zu dem PTFE ein verzweigtes Polymer. Es hat die Formel -[(CF2)4-CF(-O-CF2-CF3)-(CF2)5]n. Dies führt zu einer Veränderung der Substanzeigenschaften gegenüber PTFE. Es ist temperaturbeständiger, chemikalienbeständig und weist eine andere Oberflächenbeschaffenheit auf. Diese ohnehin schon verbesserten Eigenschaften werden durch das Zumischen von Füllstoffen in das modifizierte PTFE-Basispolymer nochmals geändert. In diesem Fall werden harte Kohle und Grafit zugemischt.
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In einer besonderen Ausführung umfasst der Gleitwerkstoff 70 - 80 % PTFE, 20 - 30 % harte Kohle, besonders bevorzugt 25 - 30 % und 1 - 5 % Grafit. Harte Kohle im Sinne dieser Anmeldung ist auch bekannt unter dem Namen Koks-Kohle. Als Kokskohle bezeichnet man eine Kohlenart, meistens Fettkohle, die beim Erhitzen besonders stark zusammenbackt und zugleich durch das entweichende Gas gut aufgebläht wird. Sie bildet einen festen, porigen Koks. Das Verfahren zur Herstellung ist allgemenin bekannt. In Eigenversuchen und amtlichen Versuchen, die weiter unten beschrieben sind, wird gezeigt, dass eine solche Zusammensetzung überraschende Eigenschaften aufweist, die die gesetzlichen Anforderungen von polymeren Gleitstoffen bei Weitem übertreffen.
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Gleitlager, die diesen Gleitwerkstoff verwenden, können in Anlagen, welche dauerhaft hohe Anschlußtemperaturen aufweisen, eingesetzt werden. Die Anschlusstemperaturen können 200 °C übertreffen, wobei der Werkstoff nicht deformiert wird und die Gleitreibungszahl unter 0,015 liegt. Die genauen Werte der statischen und dynamischen Reibungszahlen sind weiter unten angegeben.
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Die europäische Norm EN 1337 und ihre Forderungen in ihrer gültigen Fassung aus dem Jahr 2004 wird durch die in dieser Schrift offenbarten Stoffe, Verfahren und Anwendungen vollends erfüllt. Es ist sogar so, dass - wie Versuche der Anmelderin belegen - davon ausgegangen werden kann, dass auch bei erhöhten Temperaturen noch ein definiertes Reibverhalten vorhanden ist, ohne dass das Gleitlager größer dimensioniert werden muss. Zudem weisen die erfindungsgemäßen Lager eine deutlich erhöhte Lebensdauer auf.
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Die Verwendung des compoundiertem Werkstoffes umfassend modifiziertes Polytetrafluorethylen, harte Kohle und Grafit, welches als Gleitwerkstoff in Form einer Gleitscheibe in Gleitlagern, nämlich solchen gemäß EN 1337-1:2004 verwendet wird, zeigt in Eignungsversuchen bei Temperaturen zwischen +21 °C und +220 °C bei einer Flächenpressung von 30 MPa, einer Gleitgeschwindigkeit von 0,4 mm/s und einem Gleitweg von 5 mm bei 1100 Zyklen, dass die Reibwerte gemäß EN 1337-2-2004 weit unterschritten werden.
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Das bedeutet zusammenfassend, dass diese Schrift die Bereitstellung eines erfinderischen Stoffes offenbart, welcher als Gleitwerkstoff zu Gleitelementen verarbeitet werden kann, wobei diese Gleitelemente in Gleitlagern verwendet werden können, die in Anlagen, in welchen hohe Anschlußtemperaturen herrschen bei hoher Auflast verbaut werden können.
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Das Verfahren zur Herstellung des Gleitwerkstoffes ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten im Sinter/Press-Verfahren miteinander verbunden . (compoundiert) werden. Es sind die einzelnen Verfahrensschritte
- • Verdichten/Pressen des Stoffes,
- • Sintern der Stoffmischung und
- • Abkühlen des Produktes durchzuführen.
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Das Pressen des Stoffes kann wie folgt durchgeführt werden: Das pulverförmige Polymer sollte bei Raumtemperatur (23 °C +/- 2 °C) zu einem Vorformling verpresst werden. Hierbei wird die lockere Pulverschüttung verdichtet und mit einem bestimmten Pressdruck kompaktiert. Der maximale Pressdruck richtet sich nach der Beschaffenheit des Pulvers; ein nicht-rieselfähiger PTFE- Typ bedingt etwa 150 bar, wohingegen eine rieselfähige Type eines Pressdruckes von 250-350 bar bedarf. PTFE-Compounds werden in Abhängigkeit ihres Füllstofftyps und -gehaltes bei bis zu 800 bar verpresst. Der Pressvorgang sollte langsam, gleichmäßig und ohne Unterbrechung erfolgen. Nach dem Erreichen des maximalen Druckes sollte darüber hinaus eine Druckhaltezeit berücksichtigt werden, um ein Partikelfließen zu ermöglichen und um interne Spannungsspitzen oder Unregelmäßigkeiten abzubauen. Nach einer langsamen Entspannung wird der Pressling idealerweise für eine bestimmte Zeit spannungsfrei gelagert, um weitere Entlüftung bzw. Spannungsausgleich zu ermöglichen. Je größer der Presskörper, desto wichtiger werden eine gleichmäßige Verpressung des Vorformlings und ein Abbau von Pressspannungen.
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Das Sintern kann darauf so geschehen: Nach dem Pressen werden die Presslinge einem definierten Sinterzyklus ausgesetzt. Hierbei erfolgt ein definiertes und dem Pressling angepasstes Aufheizen und letztendlich eine zeitgesteuerte Sinterung bei einer max. Temperatur von 370 - 380 °C. Nach Überschreiten des Kristallisationsschmelzpunktes bei etwa 342 °C geht das PTFE in den amorphen Zustand über und die zuvor kompaktierten Pulverteilchen sintern zu einem homogenen Gefüge zusammen. Dieses Sintern erfolgt in genau kontrollierten und geregelten Sinteröfen nach individuellen Sinterprogrammen. Insbesondere bei größeren Pressteilen empfiehlt sich ein langsames Durchlaufen des Schmelztemperaturbereiches, da hier eine überproportionale Volumenzunahme des Materials erfolgt und u.U. große Spannungen auftreten können. Trotz Erreichen bzw. Überschreiten des Schmelz-/Gelpunktes erfolgt das Sintern der Pressteile sog. „form- frei“, da aufgrund des hohen Molekulargewichtes die Gelstabilität von PTFE sehr hoch ist.
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Folgend wird der Abkühlvorgang durchgeführt: Nach dem vollständigen Sintern des Pressteiles wird unter genau definierten und in den meisten Fällen sehr langsamen Bedingungen abgekühlt. Insbesondere der Temperaturbereich zwischen der Sintertemperatur und ca. 260 °C sollte langsam und vorsichtig durchfahren werden - optional empfehlen sich auch Haltezeiten im Bereich 300 - 315 °C. Mit Erreichen der Kiistallisationstemperatur schrumpfen die Pressteile und können mitunter sehr große Spannungen aufbauen. Insbesondere sollten auch Temperatur unterschiede im Pressteil aufgrund unterschiedlicher Kühlbedingungen, z. B. innen/außen, reduziert werden. Je gleichmäßiger der Presskörper abgekühlt wird, umso geringer das Spannungsniveau und umso unwahrscheinlicher treten Risse auf. Nach dem vollständigen Abkühlen der Pressteile werden diese zumeist einer weiteren spanabhebenden Formgebung wie dem Schälen, Drehen, Bohren oder Fräsen unterzogen. Diese grundsätzlichen Verarbeitungsschritte von PTFE finden sich sowohl beim konventionellen Pressen mit hydraulischen Pressen als auch - in etwas abgewandelter Form - bei weiteren Verfahren wie dem automatischen Pressen, dem isostatischen Pressen oder der Ram-Extrusion wieder.
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Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
- 1 schematisch, grundsätzlicher Aufbau eines Gleitlagers
- 2 schematisch, Aufbau der Prüfanlage, welche den Prüfling auf seine Hitzebeständigkeit getestet hat.
- 3 Diagramme der Gleitreibungsversuche
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Gleilager
- 2.
- Gleitscheibe
- 3.
- Edelstahl, als Gleitblech
- 4.
- Oberplatte
- 5.
- Unterplatte
- 6.
- Druckstempel
- 7.
- Isolierplatte (oben bzw. unten)
- 8.
- Heizplatte (oben bzw. unten)
- 9.
- Gleitplatte
- 10.
- Trägerplatte, gekammert
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1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines Gleitlagers.
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In dieser Figur kann man deutlich den grundsätzlichen Aufbau eines Gleitlagers 1 erkennen. Zwischen einer Oberplatte 4 und einer Unterplatte 5 befindet sich die Gleitscheibe 2 (Gleitelement) 4. Die Pfeile deuten die Verschieberichtung der Gleitscheibe 2 gegenüber dem Gleitblech 3, hier dem Edelstahl an. Solche Lager liegen in den unterschiedlichsten Dimensionen vor. So können sie Auflasten von 50 kN bis 100.000 kN Traglast aufnehmen, ihre Ausmaße schwanken hierbei von wenigen Zentimetern mit einem Gewicht von unter einem Kilo bis hin zu mehreren Metern und einem Gewicht von mehreren Tonnen. Die Konstruktionsvorgaben für Gleitlager 1, deren Gleitelementen 2 und Gleitstoffen findet man beispielsweise in der Norm EN 1337 „Lager im Bauwesen“. Besondere Umstände können aber auch bauliche und technische Vorgaben fordern, welche über die gesetzlichen Normen hinausgehen. So werden in Großanlagen wie Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen und anderen Anlagen, die ebenfalls wärmeführende Rohrleitungen, Kessel, Wärmetauscher und Ähnliches zu ihrem ständigen Betrieb benötigen, Temperaturänderungen im Rahmen von -30 °C bis hin zu +600 °C gemessen. Hier sind die Anforderungen an das Material, insbesondere die Hitzebeständigkeit betreffend, anders ausgelegt.
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2 zeigt schematisch, den Aufbau der Prüfanlage, welche den Prüfling, also eine Gleitscheibe 2 auf seine Hitzebeständigkeit getestet hat. Die Figur zeigt den Aufbau der Prüfanlage in einer nach oben auseinandergezogenen Form, so dass die einzelnen Elemente eindeutig zu erkennen sind. Der Prüfling, also der Gleitwerkstoff (in Form einer Gleitscheibe 2) liegt in der Kammer der Trägerplatte 10. Die Kammer verhindert das Verrutschen des Prüflings. Die Trägerplatte 10 liegt auf einer unteren Heizplatte 8. Die untere Heizplatte 8 dient zur Erhitzung auf die gewünschte Temperatur. Die untere Heizplatte 8 ist nach unten hin abisoliert, damit die Hitze nicht auf das Gestell der hydraulischen Presse übertragen wird. Der Prüfling wird durch eine Gleitplatte 9 mit aufgeschweißtem Gleitblech 3 abgedeckt. Diese wird von einer oberen Heizplatte 8 erhitzt. Auch hier ist eine Abschirmung zur thermischen Isolierung vom Druckstempel 6 vorgenommen worden. Die Beheizung der Träger- 10 und Gleitplatte 9 von oben und unten gewährleistet die Aufrechterhaltung der gewünschten Anschlußtemperatur.
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Zur Prüfvorbereitung wurden Gleit-
9 und Trägerplatte
10 zusammen mit Testmaterialien bestückt. Es wurden die Heizplatten
8 hochgeheizt und Druck auf die Testmaterialien ausgeübt. Die Prüfanlage funktionierte fehlerfrei. In diesen Prüfaufbau wurden nun verschiedene Prüflinge (Gleitscheiben
2) eingebracht. Der jeweilige Prüfling wurde über die beiden Heizplatten
8 einer konstanten Temperatur von 130 °C ausgesetzt. Über den Druck.-bzw. Pressenstempel wurde ein Druck von 10 N/mm
2 auf den Prüfling ausgeübt. Zu Beginn eines jeden Versuches weist die Anlage einen Gleitspalt von 2,2 mm auf, also bei einem drucklosen Kontakt der ungeheizten Gleitplatte
9 mit dem auf der ungeheizten Trägerplatte
10 liegenden Prüfling ist, sind die Gleitplatte
9 und die Trägerplatte
10 2,2 mm auseinander. Um Messungen zu erleichtern sind Gleit-
9 und Trägerplatte
10 mit Flanschen ausgeführt, die an den vier Messstellen jeweils ein Prüfmaß von 30 mm aufweisen. Dieser Gleitspalt wurde nun während des gesamten Versuches stündlich gemessen. Die über eigene Regler konstant gehaltenen Werte von Druck und Temperatur und deren eventuellen Abweichungen werden ebenfalls festgehalten. Eine Abnahme der Gleitspalthöhe im Laufe der Versuchszeit weist auf eine Deformation des Materials hin. Die Versuchsdauer bei der oben genannten Temperatur (130 °C) und dem oben genannten Druck (10 N/mm
2 ) betrug 100 h. Ist die Gleitspalthöhe nach Ablauf des Versuchszeitraumes unverändert, wird der Druck um 10 N/mm
2 auf 20 N/mm
2 bei gleichbleibender Temperatur (130 °C) erhöht. Ist die Gleitspalthöhe nach Ablauf dieses Versuchszeitraumes von 100 h immer noch unverändert, wird der Druck nochmals um 10 N/mm
2 auf 30 N/mm
2 bei gleichbleibender Temperatur (130 °C) erhöht. Dies wird solange wiederholt bis der Prüfling deformiert wird, der Gleispalt sich also verringert hat. Somit ist die Druckempfindlichkeit bei einer Temperatur von 130 °C bestimmt worden. Dieses Verfahren wird nun nochmals bei einer Temperaturerhöhung von 20°C, also bei einer Temperatur von 150°C durchgeführt. Auch dieser Temperaturerhöhung wird mehrmals wiederholt, so dass schlußendlich das Druck- und Temperaturverhalten der Prüflinge bei steigendem Druck und folgend bei steigenden Temperaturen vorlag. Der Versuchszyklus wurde bei einem Druck von 30 N/mm
2 und einer Temperatur 220 °C abgebrochen, sollte der Prüfling bis dahin nicht deformiert worden sein, so dass die Gleitspalthöhe immer noch bei 2,2 mm lag. Nach Abschluß aller Versuchszyklen konnte nun eine vergleichende Aussage über die Standfestigkeit der Materialien getroffen werden. Der Prüfling, der aus dem erfindungsgemäßen Material gefertigt wurde, wies die Werte in der Tabelle 1 Zeile
1 bis
6 auf. Selbst nach 100 h bei 220 °C und 30 N/mm
2 zeigt das Material keine Schäden. Bei deformierten Material konnte man mit dem bloßen Auge eine Wulstbildung oder gar einen Materialabriß sehen. Zur Feststellung der Materialgrenzen wurde ein Langzeitversuch durchgeführt. Der Stoff wurde 500 h bei 220 °C und 30 N/mm
2 getestet. Es waren mit dem bloßen Auge keine Veränderungen zu sehen. Auch eine mikroskopische Untersuchung brachte keine neuen Erkenntnisse. Es waren keine Mikrorisse oder sonstige Schädigungen aufzufinden. Hierbei ist anzumerken, dass eine Gleispalthöhe von 2,2 mm eine optimale Höhe in Gleitlagern
1 darstellt. Ein gößerer oder kleinerer Gleispalt beeinflußt die Stabilität des Gelitwerkstoffes. Dieser bildet bei einem Druck grundsätzlich einen geringen Wulst. Diese Wulstbildung stoppt aber nach kurzer Zeit und der Gleitwerkstoff sollte sich danach nicht mehr verändern.
Tabelle 1 Eignungsversuche bei steigendem Druck und steigender Temperatur
| Versuch | Materialtyp | Druck in N/mm2 | Temperatur in °C | Ergebniss Gleitspalthöhe in mm | Bemerkung | |
| 2 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 10/20/30 | 130 | 2,2 | keine oder geringe Wulstbildung | |
| 3 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 20 | 150 | 2,2 | keine oder geringe Wulstbildung | |
| 4 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 30 | 170 | 2,2 | keine oder geringe Wulstbildung | |
| 5 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 30 | 190 | 2,2 | keine oder geringe Wulstbildung | |
| 6 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 30 | 220 | 2,2 | keine oder geringe Wulstbildung | |
| 7 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 30 | 220 | 2,2 | keine oder geringe Wulstbildung | Langzeitversuch 500 h |
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3 zeigt die Diagramme der Gleitreibungsversuche mit Erläuterungen.
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Die in Tabelle 2 aufgelisteten Daten zeigen die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes, umfassend 70 - 80 % PTFE, 20 - 25 % harte Kohle und 1 - 5 % Grafit, bei Gleitreibungsversuchen durchgeführt an der Universität Stuttgart. In diesen Versuchen wird die Änderung der Gleitreibungszahl bei einer Flächenpressung von jeweils 30 MPa, bei unterschiedlichen Temperaturen (21°C, 100°C, ansteigender Temp. bis 210°C) gemessen.
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Die Gleitreibung zwischen zwei Körpern wird mit der Formel
berechnet, wobei F
R,G die Gleitreibung, µ
G der Reibungskoeffizient oder in diesem Fall die Gleitreibungszahl und F
n die Normalkraft (Kraft senkrecht zu Fläche) bedeutet.
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Die Haftreibung zwischen zwei Körpern dagegen berechnet sich wie folgt:
wobei F
H,G die Haftreibung, µ
H der Reibungskoeffizient oder in diesem Fall die Haftreibungszahl und F
n die Normalkraft (Kraft senkrecht zu Fläche) bedeutet.
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Bei den Versuchen wird nun die Gleitreibung des erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffes auf austenitischem Stahl gemessen. Der Gleitwerkstoff lag in Form einer runden Gleitscheibe 2 mit einem Durchmesser 75 mm × 8,16 mm vor. Der austenitische Stahl 1.4401 in Brückenlagerqualität (nach den Maßgaben der EN 1337) lag als Scheibe mit den Ausmaßen 160 mm × 160 mm × 2,5 mm vor. Der Gleitwerkstoff war geschmiert. Die Materialien werden unter festgelegten Bedingungen aufeinander hin- und her bewegt. Hierzu sind noch die Gleitgeschwindigkeit v und der Gleitweg s, sowie die Stillstandszeit bei der Bewegungsumkehr t0, die Vorbelastungszeit tv und die Zyklen je Prüfstufe n zu nennen. (Siehe Tabelle 2)
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Es wurden die maximale statische Gleitreibungszahl max. µ
stat, also die Gleitreibungzahl bei der Erzeugung einer Bewegung aus dem Stillstand und die dynamische Gleitreibungszahl max. µ
dyn. gemessen. Hieraus wurde der Quotient Q = max. µ
stat / max. µ
dyn. gebildet. Der Quotient Q = max. µ
stat / max. µ
dyn, gibt den sogenannten Stick-Slip Effekt an. Hierunter versteht man das „Ruckeln“ wenn Massen in Bewegung gesetzt werden und die Haftreibung in Gleitreibung übergeht. Ein geringer Quotient Q (max. µ
stat / max. µ
dyn) bedeutet einen geringen Stick-Slip Effekt. Das Ergebnis ist eindeutig: Bei allen Versuchen blieb die maximale statische Gleitreibungszahl max. µ
stat deutlich unter 0,015. Die maximale dynamische Gleitreibungszahl max. µ
dyn lag immer weit unter 0,1. Der Quotient Q = max. µ
stat / max. µ
dyn lag in den meisten Fällen weit unter 1,4, welches ein guter Wert ist und eine „ruckelfreie“ Verschiebung bedeutet. Im vierten Versuch wurde bei einer Gleitgeschwindigkeit von nur 0,1 mm/s eine max. statische Gleitreibungszahl max. µ
stat von unter 0,01 und eine maximale dynamische Gleitreibungszahl max. µ
dyn von unter 0,008 gemessen. Die Diagramme sind schematisch dargestellt, entsprechen aber im Grund den Originaldiagrammen. Alle Versuche zum Temperatur- und Druckverhalten der Gleitstoffe, sowie grundsätzlich alle Teste wurden nach den Vorgaben der EN 1337 duchgeführt.
Tabelle 2 Gleitreibungsversuch (siehe Diagramme in Figur 3)
| Versuch | Gleitwerkstoff | Druck in MPa | T in °C | v in mm/s | S in mm | Stillstd.zeit in s | Vbelastzeit in h | Zyklen/Prüfst. N |
| 1 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 30 | 21 | 0,4 | +/-5 | 12 | 1 | 1100 |
| 2 | PTFE TFM + Grafit 2 + harte Kohle | 30 | 100 | 0,4 | +/-5 | 12 | 1 | 1100 |
| 2 | PTFE TFM + Grafit + harte Kohle | 30 | _21/35/50/70/ 90/120/150/180/ 220 | 0,4 | +/-5 | 12 | 1 | 1100 |
| 4 | PTFE TFM + Grafit 4 + harte Kohle | 30 | 100 | 0,1 | +/-5 | 12 | 1 | 100 |
Tabelle 3 Ergebnisse zu Versuch 1
| Vesuch 1 | | | |
| µstat | µdyn | µstat / µdyn | Anzahl der Doppelhübe |
| 0,0075 | 0,0051 | 1,470588235 | 0 |
| 0,009 | 0,0065 | 1,384615385 | 100 |
| 0,011 | 0,007 | 1,571428571 | 200 |
| 0,012 | 0,0072 | 1,666666667 | 300 |
| 0,012 | 0,0073 | 1,643835616 | 400 |
| 0,0125 | 0,0076 | 1,644736842 | 500 |
| 0,0125 | 0,0077 | 1,623376623 | 600 |
| 0,0125 | 0,0077 | 1,623376623 | 700 |
| 0,0125 | 0,0077 | 1,623376623 | 800 |
| 0,0125 | 0,0077 | 1,623376623 | 900 |
| 0,0125 | 0,0077 | 1,623376623 | 1000 |
| 0,0125 | 0,0077 | 1,623376623 | 1100 |
Tabelle 4 Ergebnisse zu Versuch 2
| Versuch 2 | | | |
| µstat | µdyn | µstat / µdyn | Anzahl der Doppelhübe |
| 0,0075 | 0,0055 | 1,36363636 | 0 |
| 0,00755 | 0,006 | 1,25833333 | 100 |
| 0,00758 | 0,0065 | 1,16615385 | 200 |
| 0,008 | 0,007 | 1,14285714 | 300 |
| 0,0088 | 0,0075 | 1,17333333 | 400 |
| 0,009 | 0,008 | 1,125 | 500 |
| 0,0095 | 0,0082 | 1,15853659 | 600 |
| 0,0097 | 0,0085 | 1,14117647 | 700 |
| 0,01 | 0,0088 | 1,13636364 | 800 |
| 0,0105 | 0,009 | 1,16666667 | 900 |
| 0,011 | 0,0093 | 1,1827957 | 1000 |
| 0,0115 | 0,0095 | 1,21052632 | 1100 |
Tabelle 5 Ergebnisse zu Versuch 3
| Versuch 3 | | | |
| µstat | µdyn | µstat / µdyn | Anzahl der Doppelhübe |
| 0,01 | 0,0075 | 1,33333333 | 0 |
| 0,0075 | 0,006 | 1,25 | 100 |
| 0,0075 | 0,006 | 1,25 | 200 |
| 0,0055 | 0,005 | 1,1 | 300 |
| 0,0055 | 0,005 | 1,1 | 400 |
| 0,0065 | 0,006 | 1,08333333 | 500 |
| 0,0055 | 0,005 | 1,1 | 600 |
| 0,007 | 0,006 | 1,16666667 | 700 |
| 0,006 | 0,005 | 1,2 | 800 |
| 0,0075 | 0,007 | 1,07142857 | 900 |
Tabelle 6 Ergebnisse zu Versuch 4
| µstat | µdyn | µstat / µdyn | Anzahl der Doppelhübe |
| 0,008 | 0,007 | 1,14285714 | 0 |
| 0,009 | 0,007 | 1,28571429 | 10 |
| 0,0094 | 0,0072 | 1,30555556 | 20 |
| 0,0095 | 0,0073 | 1,30136986 | 30 |
| 0,0096 | 0,0074 | 1,2972973 | 40 |
| 0,0098 | 0,0075 | 1,30666667 | 50 |
| 0,0099 | 0,0075 | 1,32 | 60 |
| 0,01 | 0,0075 | 1,33333333 | 70 |
| 0,01 | 0,0075 | 1,33333333 | 80 |
| 0,01 | 0,0075 | 1,33333333 | 90 |
