DE10225783A1

DE10225783A1 - Plain bearing composite material

Info

Publication number: DE10225783A1
Application number: DE10225783A
Authority: DE
Inventors: Frank Haupert; Wolfgang Bickle
Original assignee: KS Gleitlager GmbH
Current assignee: KS Gleitlager GmbH
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-12-24
Also published as: DE50302010D1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht, gegebenenfalls mit einer darauf aufgebrachten porösen Trägerschicht, und mit einer eine Gleitfläche für einen Gleitpartner bildenden bleifreien Gleitschicht mit einem Gleitschichtmaterial auf Kunststoffbasis; um einen dauerhaften Einsatz bei hohen Temperaturen zu gewährleisten, weist das Gleitschichtmaterial PEEK als matrixbildende Kunststoffkomponente und ferner einen Schmierstoff in Form von Zinksulfid und eine härtende Komponente in Form von Titandioxid und/oder Siliziumcarbid und zusätzlich Kohlenstofffasern auf und der Schmierstoff und die härtende Komponente liegen in Form feiner Teilchen mit einem D50-Wert der Teilchengröße von höchstens 500 nm vor.The invention relates to a sliding bearing composite material with a metallic support layer, optionally with a porous carrier layer applied thereon, and with a lead-free sliding layer forming a sliding surface for a sliding partner with a plastic-based sliding layer material; In order to ensure permanent use at high temperatures, the sliding layer material PEEK as a matrix-forming plastic component and furthermore a lubricant in the form of zinc sulfide and a hardening component in the form of titanium dioxide and / or silicon carbide and additionally carbon fibers and the lubricant and the hardening component are in Form of fine particles with a D50 value of the particle size of at most 500 nm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht, gegebenenfalls mit einer darauf aufgebrachten porösen Trägerschicht, und mit einer eine Gleitfläche für einen Gleitpartner bildenden bleifreien Gleitschicht mit einem Gleitschichtmaterial auf Kunststoffbasis. The invention relates to a plain bearing composite material a metallic support layer, optionally with a porous carrier layer applied thereon, and with a Lead-free sliding surface for a sliding partner Sliding layer with a sliding layer material Plastic base.

Gleitlager aus Gleitlagerverbundwerkstoffen mit einer Gleitschicht auf Kunststoffbasis haben in der Technik eine weite Verbreitung gefunden, und zwar für weitestreichende Anforderungsbereiche, etwa im Hinblick auf die Belastbarkeit, Chemikalienbeständigkeit oder die Temperaturbeständigkeit. Es sind Thermoplaste bekannt und erhältlich, bei denen jedoch die Temperaturbeständigkeit nur für Betriebstemperaturen bis ca. 90°C gewährleistet werden kann; es sind dies beispielsweise ABS, Hochdruck-Polyethylen (HD-PE), PVC, Polysulfon (PS) und andere. Es existiert aber auch eine Anzahl von sogenannten technischen Thermoplasten, die sich für Einsatztemperaturen bis ca. 150°C eignen, wie z. B. POM, PET, PA. Plain bearings made of plain bearing composite materials with a Plastic-based sliding layers have one in technology found widespread, for far-reaching Requirement areas, for example with regard to resilience, Chemical resistance or temperature resistance. It Thermoplastics are known and available, but the Temperature resistance only for operating temperatures up to approx. 90 ° C can be guaranteed; for example ABS, high pressure polyethylene (HD-PE), PVC, polysulfone (PS) and other. But there are also a number of so-called engineering thermoplastics, suitable for operating temperatures up to approx. 150 ° C, such as B. POM, PET, PA.

Die vorliegende Erfindung betrifft solche Gleitlagerverbundwerkstoffe, die sich für den Einsatz bei Dauergebrauchstemperaturen von oberhalb 180°C eignen sollen. Sie sollen dabei aber auch sehr gute tribologische Eigenschaften und günstige mechanische Kennwerte im Hinblick auf Umformbarkeit sowie eine hohe Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Zudem wird an den Gleitlagerverbundwerkstoff die Forderung gestellt, dass er sich in einem industriell durchführbaren Herstellungsverfahren produzieren lässt. The present invention relates to such Plain bearing composite materials that are suitable for use in Continuous use temperatures of above 180 ° C should be suitable. But they are also said to be very good tribological Properties and favorable mechanical characteristics with regard on formability and high chemical resistance exhibit. In addition, the slide bearing composite material Requested that he be in an industrial feasible manufacturing process.

Diese Aufgabe wird durch einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This task is accomplished by using a plain bearing composite solved the features of claim 1.

Es wurde mit der Erfindung festgestellt, dass der Teilchengröße des Schmierstoffs in Form von Zinksulfid und der härtenden Komponente in Form von Titandioxid und/oder Siliziumcarbid, welche der matrixbildenden Kunststoffkomponente zugesetzt sind, eine wichtige Bedeutung zukommt. Unter Verwendung von feinen Teilchen im beanspruchten Bereich lässt sich eine "dichte" homogene Verteilung dieser Stoffe in der Kunststoffmatrix erreichen. Es wurde festgestellt, dass sich auf diese Weise eine Steigerung der Leistungsfähigkeit des Gleitlagerverbundwerkstoffs sowohl im Hinblick auf geringe Verschleißraten als auch im Hinblick auf einen günstigen Reibkoeffizienten erreichen lässt. Die erwähnte härtende Komponente und der Schmierstoff des Gleitschichtmaterials liegen vorzugsweise in Form feiner Teilchen mit einem D50-Wert der Teilchengröße von höchstens 400 nm, vorzugsweise von 100-350 nm vor. Der vorerwähnte D50-Wert der Teilchengröße bezeichnet eine Teilchengröße, bezüglich der 50 Gew.-% des betreffenden Stoffs mit einer demgegenüber größeren Teilchengröße und 50 Gew.-% mit einer demgegenüber kleineren Teilchengröße vorliegen. Da es sich bei den zuzusetzenden Schmierstoffpartikeln und bei den Partikeln der härtenden Komponente in Form von Titandioxid und/oder Siliziumcarbid um in technischen Verfahren herzustellende bzw. nach technischen Verfahren sortierte pulverförmige Partikel handelt, wird üblicherweise eine glockenförmige oder annähernd Normalverteilungsform aufweisende Teilchengrößenverteilungskurve resultieren. Der D50-Wert der Teilchengröße wird dann in der Nähe des Maximums der glockenförmigen Verteilungskurve liegen. Es erweist sich im Sinne der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft, wenn die glockenförmige Verteilungskurve derart ist, dass sich wenigstens 60%, insbesondere wenigstens 70% und vorzugsweise wenigstens 80 Gew.-% des betreffenden Stoffs mit einer Teilchengröße innerhalb eines Teilchengrößenbereichs um das Glockenmaximum herum oder um den D50-Wert herum von ±50% dieses Werts vorliegen, also beispielsweise bei einem D50-Wert von 330 nm in einem Teilchengrößenbereich von 330 nm ±165 nm, also von 165 nm bis 495 nm. It was found with the invention that the Particle size of the lubricant in the form of zinc sulfide and curing component in the form of titanium dioxide and / or Silicon carbide, which is the matrix-forming Plastic components are added, an important meaning due. Using fine particles in the claimed Area can be a "dense" homogeneous distribution of this Reach substances in the plastic matrix. It was found that this is an increase in Performance of the plain bearing composite material both in With regard to low wear rates as well with regard to can achieve a favorable coefficient of friction. The mentioned hardening component and the lubricant of the Sliding layer material is preferably in the form of finer Particles with a maximum D50 particle size value 400 nm, preferably from 100-350 nm. The aforementioned D50 value of particle size denotes a particle size, with respect to the 50 wt .-% of the substance in question with a in contrast larger particle size and 50 wt .-% with a in contrast, there are smaller particle sizes. Since it is the lubricant particles to be added and the particles the hardening component in the form of titanium dioxide and / or Silicon carbide to be used in technical processes powdered particles sorted according to technical processes is usually bell-shaped or approximate Normal distribution form Particle size distribution curve result. The D50 value of the Particle size is then close to the maximum of bell-shaped distribution curve. It turns out in According to the present invention as advantageous if the bell-shaped distribution curve is such that at least 60%, especially at least 70% and preferably at least 80% by weight of the substance in question with a Particle size within a particle size range around that Bell maximum around or around the D50 value of ± 50% this value, for example with a D50 value of 330 nm in a particle size range of 330 nm ± 165 nm, that is from 165 nm to 495 nm.

Es hat sich des Weiteren als zweckmäßig erwiesen, wenn eine Teilchengrößenverteilung derart ist, dass der Summenrückstand in Gewichtsprozent bei einer Siebanalyse mit variierender Maschenweite t, insbesondere zwischen 1 µm und 100 nm, durch folgende Beziehung beschrieben werden kann:

wobei in besonders vorteilhafter Weise die charakteristische Korngröße d zwischen 0,34 und 0,54 µm und der Formparameter β der Verteilung zwischen 2,4 und 3,4 beträgt. Eine bevorzugte Verteilung ist gekennzeichnet durch eine charakteristische Korngröße von 0,440 µm (440 nm) und einem Formparameter β von 2,87. It has also proven to be expedient if a particle size distribution is such that the total residue in percent by weight in a sieve analysis with a varying mesh size t, in particular between 1 μm and 100 nm, can be described by the following relationship:

in a particularly advantageous manner the characteristic grain size d is between 0.34 and 0.54 μm and the shape parameter β of the distribution is between 2.4 and 3.4. A preferred distribution is characterized by a characteristic grain size of 0.440 μm (440 nm) and a shape parameter β of 2.87.

Durch den Zusatz von Kohlenstofffasern wird die Gleitschicht des Gleitlagerverbundwerkstoffs verstärkt, indem ihre Steifigkeit und Festigkeit, aber auch ihre Kriechfestigkeit erhöht wird. Ferner wird der Verschleißwiderstand durch Kohlenstofffasern erhöht. Besondere Bedeutung kommt auch dem Aspekt der Wärmeleitfähigkeit zu, der durch Kohlenstofffasern in der Gleitschicht verbessert wird. Diese führen dazu, dass eine Überhitzung der Gleitschicht verhindert wird, indem die beim Betrieb unmittelbar an der Oberfläche der Gleitschicht auftretende Reibungswärme an das Innere des Gleitlagerverbundwerkstoffs, insbesondere an die metallische Komponente einer gegebenenfalls vorgesehenen porösen Trägerschicht oder direkt an die metallische Stützschicht abgeführt wird. By adding carbon fibers, the sliding layer becomes of the plain bearing composite material reinforced by their Rigidity and strength, but also their creep resistance is increased. Furthermore, the wear resistance Carbon fibers increased. This is of particular importance Aspect of thermal conductivity to that of carbon fibers is improved in the sliding layer. These cause that overheating of the sliding layer is prevented by the when operating directly on the surface of the sliding layer frictional heat occurring to the inside of the Plain bearing composite material, especially on the metallic Component of an optionally provided porous Carrier layer or directly to the metallic support layer is dissipated.

Der Gleitlagerverbundwerkstoff mit Polyetheretherketon (PEEK) als matrixbildender Kunststoffkomponente erweist sich in Verbindung mit den weiteren beanspruchten Komponenten als hochtemperaturstabil, d. h. er kann bei Temperaturen oberhalb von 180°C, beispielsweise 190 bis 250°C dauerhaft eingesetzt werden. Zwar würde sich Polyphenylensulfon (PPS) als matrixbildende Kunststoffkomponente eines Gleitschichtmaterials aufgrund seiner Temperaturstabilität bis 260°C zumindest grundsätzlich eignen; PPS bildet jedoch eine im Hinblick auf ihr Haltevermögen ungenügende Matrix, die gerade beim Umformen zum Aufplatzen neigt und auch im Hinblick auf ihre tribologische Leistungsfähigkeit an diejenige von PEEK nicht anzuschließen vermag. The plain bearing composite with polyether ether ketone (PEEK) proves to be a matrix-forming plastic component in Connection with the other claimed components as high temperature stable, d. H. it can at temperatures above from 180 ° C, for example 190 to 250 ° C permanently used become. While polyphenylene sulfone (PPS) would prove to be Matrix-forming plastic component of a Sliding layer material due to its temperature stability 260 ° C are at least generally suitable; However, PPS forms one insufficient matrix with regard to their holding capacity, the tends to burst especially when forming and also with regard to on their tribological performance to that of PEEK is unable to connect.

Die vorliegende Erfindung schließt zwar nicht aus, dass neben PEEK als matrixbildender Kunststoffkomponente noch ein oder mehrere weitere Thermoplaste in dem Gleitschichtmaterial enthalten sein dürfen. Ihr Anteil sollte aber nicht mehr als 20 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als 10 Gew.-% des Anteils der Kunststoffkomponente in dem Gleitschichtmaterial betragen. Vorzugsweise ist die Kunststoffkomponente zu 100% von PEEK gebildet. The present invention does not rule out that in addition to PEEK as a matrix-forming plastic component or several other thermoplastics in the sliding layer material may be included. Your share should not exceed 20% by weight, in particular not more than 10% by weight of the proportion of the plastic component in the sliding layer material. The plastic component is preferably 100% PEEK educated.

Es wurde ferner festgestellt, dass bei dem erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff gerade für dessen Einsatz unter Extremlastbedingungen auf den Zusatz von PTFE, das in üblichen Gleitwerkstoffen zwischen 2 und 15 Gew.-% vorhanden ist, verzichtet werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass der an sich erwünschte Einfluss von PTFE auf die tribologischen Eigenschaften einer Werkstoffzusammensetzung von der beanspruchten Komponente Zinksulfid erbracht wird. It was also found that the inventive Plain bearing composite material especially for its use under Extreme load conditions on the addition of PTFE, which in usual Sliding materials between 2 and 15% by weight are present, can be dispensed with. It is believed that the at the desired influence of PTFE on the tribological Properties of a material composition from the claimed component zinc sulfide is provided.

Es hat sich nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn es sich bei den Kohlenstofffasern um Kurzfasern einer Länge von 50 bis 250 µm, insbesondere von 60 bis 150 µm handelt. Es wurde nämlich erfindungsgemäß festgestellt, dass solchenfalls eine homogene Verteilung der Kohlenstofffasern im Gleitschichtmaterial auch innerhalb der Poren der gegebenenfalls vorgesehenen porösen Trägerschicht erreicht wird, bei der es sich beispielsweise um eine Bronzeschicht, insbesondere eine Blei-Zinn-Bronzeschicht handeln kann. Hierdurch kann die Wärmeleitfähigkeit weiter verbessert werden, indem die entstehende Wärme an die poröse Trägerschicht effektiv abgeleitet werden kann. Es haben sich hierbei Kohlenstofffasern mit einer Dicke von 8 bis 15 µm als vorteilhaft erwiesen. According to a preferred embodiment, it has Invention proved to be particularly advantageous if it is the carbon fibers around short fibers with a length of 50 to 250 µm, in particular from 60 to 150 microns. Because it was according to the invention found that such a homogeneous Distribution of the carbon fibers in the sliding layer material too within the pores of the porous, if any, provided Carrier layer is reached, which is, for example a bronze layer, in particular a lead-tin bronze layer can act. This can further increase the thermal conductivity be improved by transferring the heat generated to the porous Carrier layer can be derived effectively. Have it here carbon fibers with a thickness of 8 to 15 microns as proven advantageous.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der gewichtsprozentuale Anteil des Zinksulfids bezogen auf die Masse des Gleitschichtmaterials 5 bis 15 Gew.-% und der gewichtsprozentuale Anteil der härtenden Komponente vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% beträgt. In a development of the invention it is proposed that the percentage by weight of the zinc sulfide based on the Mass of the sliding layer material 5 to 15 wt .-% and percentage by weight of the hardening component is preferably 5 to 15% by weight.

Der gewichtsprozentuale Anteil der Kohlenstofffasern wiederum bezogen auf die Masse des Gleitschichtmaterials beträgt vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, insbesondere 5-15 Gew.-%. Es hat sich des weiteren als vorteilhaft erwiesen, wenn das Gleitschichtmaterial Zusätze von Graphitpartikeln in einem gewichtsprozentualen Anteil bezogen auf die Masse des Gleitschichtmaterials von 5 bis 15 Gew.-% aufweist. Die Graphitpartikel sollten vorzugsweise als feine Partikel einer Teilchengröße bis maximal 15 µm, insbesondere 1-15 µm, vorzugsweise 1-5 µm vorliegen. The percentage by weight of carbon fibers in turn based on the mass of the sliding layer material preferably 5 to 25% by weight, in particular 5-15% by weight. It has also proven to be advantageous if the Addition of graphite particles in one percentage by weight based on the mass of the Has sliding layer material of 5 to 15 wt .-%. The Graphite particles should preferably be as fine particles Particle size up to a maximum of 15 µm, in particular 1-15 µm, preferably 1-5 microns are present.

Es wurde des weiteren festgestellt, dass das erfindungsgemäße Gleitschichtmaterial hervorragend auf einer metallischen Stützschicht haftet und demgemäß auf eine poröse Trägerschicht auch verzichtet werden kann. It was also found that the inventive Sliding layer material excellent on a metallic Support layer adheres and accordingly to a porous carrier layer can also be dispensed with.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagerverbundwerkstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Durch das Extrudieren des Kunststoffgleitmaterials in eine dünne Bandform, das Aufbringen des Bands auf das erhitzte Trägerband ergeben sich wesentliche Vorteile, und zwar hat es sich gezeigt, dass das Kunststoffgleitmaterial auf diese Weise ohne vorheriges Zermahlen zu erfordern in die Poren der porösen Trägerschicht eingebracht werden kann. The present invention also relates to a method to produce a plain bearing composite with the Features of claim 9. By extruding the Plastic sliding material in a thin band shape, the Applying the tape to the heated carrier tape results substantial advantages, and it has been shown that the Plastic sliding material in this way without prior Require grinding into the pores of the porous support layer can be introduced.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung von Werkstoffzusammensetzungen und deren Eigenschaften. In der Zeichnung zeigt: Further features, details and advantages of the invention result from the patent claims and the graphic Presentation and subsequent description of Material compositions and their properties. In the Drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung verschiedener Prüfverfahren bzw. Prüfstände; Fig. 1 is a schematic representation of various test methods or test stands;

Fig. 2 bis 4 die graphische Darstellung der Messung spezifischer Verschleißraten bei verschiedenen Versuchsbedingungen unter Anwendung der Prüfverfahren nach Fig. 1 und FIG. 2 to 4, the graph of the measurement of specific wear rates at different experimental conditions using the test method shown in FIG. 1 and

Fig. 5 bis 7 eine graphische Darstellung der Messung des Reibkoeffizienten bei verschiedenen Werkstoffen und verschiedenen Prüfbedingungen. FIGS. 5 to 7 is a graphical illustration of the measurement of the friction coefficient for different materials and different test conditions.

Die nachfolgend gewonnenen Prüfergebnisse wurden durch verschiedene, an sich bekannte Prüfverfahren gewonnen. Es wurden die in Fig. 1 skizzierten Untersuchungen auf einem sogenannten Ring-Platte-Prüfstand (Fig. 1 links), auf einem Stift-Scheibe-Prüfstand (Fig. 1 Mitte) und auf einem Block- auf-Ring-Prüfstand (Fig. 1 rechts) ausgeführt. The test results obtained below were obtained by various test methods known per se. The investigations outlined in FIG. 1 were carried out on a so-called ring-plate test bench ( FIG. 1 left), on a pin-disk test bench ( FIG. 1 center) and on a block-on-ring test bench ( FIG. 1 on the right).

Es wurde ein Vergleichswerkstoff mit der Bezeichnung P23 untersucht, bei dem das Gleitschichtmaterial als matrixbildende Kunststoffkomponente PVDF sowie als Schmierstoff Blei und PTFE enthält. Ferner wurde untersucht ein Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Gleitschicht aus einem im Handel erhältlichen Gleitschichtmaterial mit PEEK als matrixbildender Kunststoffkomponente und der Zusammensetzung, die aus der nachfolgenden Tabelle unter der Bezeichnung PEEK 4 ersichtlich ist. Die Kohlenstofffasern des Werkstoffs PEEK 4 haben eine Länge von 1000 µm-5000 µm.

A comparison material with the designation P23 was examined, in which the sliding layer material contains PVDF as matrix-forming plastic component and lead and PTFE as lubricant. Furthermore, a slide bearing composite material with a sliding layer made of a commercially available sliding layer material with PEEK as the matrix-forming plastic component and the composition which can be seen from the table below under the name PEEK 4 was examined. The carbon fibers of the material PEEK 4 have a length of 1000 µm-5000 µm.

Sodann wurden Verbundwerkstoffe mit den Bezeichnungen PEEK 5, 6, 7 mit Zusammensetzungen des Gleitschichtmaterials, die ebenfalls aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich sind, getestet. Bei sämtlichen Werkstoffen wurde das Gleitschichtmaterial in eine poröse Trägerschicht eingebracht, die auf eine Stützschicht aus Stahl aufgesintert ist. Then composite materials with the designations PEEK 5, 6, 7 with compositions of the sliding layer material which are also shown in the table below, tested. This was the case for all materials Sliding layer material introduced into a porous carrier layer, which is sintered onto a steel support layer.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Prüfergebnisse zur spezifischen Verschleißrate, die einmal auf einem Blockauf- Ring-Prüfstand gewonnen wurden (Fig. 2, dort bildet das Gleitschichtmaterial den "Block", es liegt aber in "bulk"- Form, also nicht auf einer porösen Trägerschicht vor), sowie auf einem Ring-Platte-Prüfstand (Fig. 3) bzw. einem Stift- Scheibe-Prüfstand (Fig. 4). Bei der Prüfung nach Fig. 2 wurde mit folgenden Parametern gearbeitet:
Versuchsdauer: 20 h
Flächenpressung: 1 MPa
Gleitgeschwindigkeit: 1,0 m/s
Gegenkörper: 100Cr6, R_a = 0,1-0,2 µm
Schmierung: ungeschmiert
Raumtemperatur Figures 2, 3 and 4, the test results for the specific wear rate, the ring-test were obtained even on a Blockauf- show (Fig 2, where it forms the sliding layer material to "block", but it is in "bulk" -.. Shape, So not on a porous support layer in front), as well as on a ring-plate test bench ( Fig. 3) or a pin-and-disk test bench ( Fig. 4). The following parameters were used in the test according to FIG. 2:
Test duration: 20 h
Surface pressure: 1 MPa
Gliding speed: 1.0 m / s
Counter body: 100Cr6, R _a = 0.1-0.2 µm
Lubrication: not lubricated
room temperature

Bei der Prüfung nach Fig. 3 wurde mit folgenden Parametern gearbeitet:
Versuchsdauer: 20 h
Gleitgeschwindigkeit: 1,57 m/s
Gegenkörper: 100Cr6, R_a = 0,1-0,2 µm
Schmierung: ungeschmiert
Raumtemperatur The following parameters were used in the test according to FIG. 3:
Test duration: 20 h
Gliding speed: 1.57 m / s
Counter body: 100Cr6, R _a = 0.1-0.2 µm
Lubrication: not lubricated
room temperature

Es sind Messwerte bei jeweils zwei verschiedenen Andruckkräften des Rings gegen die Platte von 10 N und 20 N gemessen. There are measured values for two different ones Pressing forces of the ring against the plate of 10 N and 20 N measured.

Bei der Prüfung nach Fig. 4 wurde mit folgenden Parametern gearbeitet:
Versuchsdauer: 20 h
Flächenpressung: 0,5 MPa
Gleitgeschwindigkeit: 1,57 m/s
Gegenkörper: 100Cr6, R_a = 0,1-0,2 µm
Schmierung: ungeschmiert The following parameters were used in the test according to FIG. 4:
Test duration: 20 h
Surface pressure: 0.5 MPa
Gliding speed: 1.57 m / s
Counter body: 100Cr6, R _a = 0.1-0.2 µm
Lubrication: not lubricated

Es wurde bei zwei verschiedenen Temperaturen, nämlich Raumtemperatur von 23°C und 150°C gemessen. It was made at two different temperatures, namely Room temperature of 23 ° C and 150 ° C measured.

Die Messungen zeigen, dass bei der Prüfung nach Fig. 2 der erfindungsgemäße Gleitlagerverbundwerkstoff PEEK 6 gegenüber den Vergleichswerkstoffen eine geringere spezifische Verschleißrate, also einen höheren Verschleißwiderstand aufweist. Bei der Prüfung nach Fig. 3 wurde festgestellt, dass der erfindungsgemäße Gleitlagerverbundwerkstoff PEEK 6 sich gerade bei hohen Flächenpressungen, also hohen Belastungen als den anderen Werkstoffen überlegen darstellt. Insbesondere wird deutlich, dass die Weglassung der Kohlenstofffasern und die Reduzierung von TiO₂ bei PEEK 7 im Vergleich zu PEEK 6 sich negativ auf den Verschleißwiderstand auswirkt, also die Verschleißrate erhöht. Hingegen bewirkt die Zugabe von TiO₂ bei PEEK 6 ausgehend von PEEK 5, welches kein TiO₂ aufweist, eine Verringerung der Verschleißrate. The measurements show that, in the test according to FIG. 2, the sliding bearing composite material PEEK 6 according to the invention has a lower specific wear rate, that is to say a higher wear resistance, than the comparison materials. In the test according to FIG. 3, it was found that the slide bearing composite material PEEK 6 according to the invention is superior to the other materials, especially at high surface pressures, ie high loads. In particular, it becomes clear that the omission of the carbon fibers and the reduction of TiO ₂ in PEEK 7 compared to PEEK 6 has a negative effect on the wear resistance, that is to say increases the wear rate. In contrast, the addition of TiO ₂ in PEEK 6 starting from PEEK 5, which has no TiO ₂ , causes a reduction in the wear rate.

Bei der Prüfung nach Fig. 4 wurde eine überlegene Temperaturbeständigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffs PEEK 6 ermittelt. Während die anderen beiden Vergleichswerkstoffe den Anforderungen nicht gewachsen waren und ausfielen, da ihre Gleitschicht und eine auf die Stützschicht aufgebrachte poröse Trägerschicht vollständig bis auf die aus Stahl bestehende Stützschicht abgerieben wurde. In the test according to FIG. 4, a superior temperature resistance of the material PEEK 6 according to the invention was determined. While the other two comparison materials were not up to the requirements and failed because their sliding layer and a porous carrier layer applied to the support layer were completely rubbed down to the steel support layer.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Prüfungen des Reibkoeffizienten der vorstehend erörterten Vergleichswerkstoffe P 23, PEEK 4 und des erfindungsgemäßen Werkstoffs PEEK 6. Figs. 5 to 7 show the coefficient of friction tests of the comparative materials discussed above, P 23, PEEK 4 and the material PEEK 6 according to the invention.

Die Prüfparameter bei der Prüfung nach Fig. 5 waren wie folgt:
Versuchsdauer: 20 h
Gleitgeschwindigkeit: 1,57 m/s
Gegenkörper: 100Cr6, R_a = 0,1-0,2 µm
Schmierung: ungeschmiert
Raumtemperatur The test parameters in the test according to FIG. 5 were as follows:
Test duration: 20 h
Gliding speed: 1.57 m / s
Counter body: 100Cr6, R _a = 0.1-0.2 µm
Lubrication: not lubricated
room temperature

Es wurde bei dieser Prüfung auf einem Ring-Platte-Prüfstand der Reibkoeffizient der Werkstoffe bei zwei verschiedenen Anpressdrücken von 10 und 20 N gemessen. It was tested on a ring-plate test bench the coefficient of friction of the materials for two different ones Contact pressures of 10 and 20 N measured.

Die Prüfparameter bei der Prüfung nach Fig. 6 auf einem Ring- Platte-Prüfstand waren wie folgt:
Versuchsdauer: 72 h
Gleitgeschwindigkeit: 1,57 m/s
Gegenkörper: 100Cr6, R_a = 0,1-0,2 µm
Schmierung: Initialschmierung
Raumtemperatur The test parameters for the test according to FIG. 6 on a ring-plate test stand were as follows:
Test duration: 72 h
Gliding speed: 1.57 m / s
Counter body: 100Cr6, R _a = 0.1-0.2 µm
Lubrication: initial lubrication
room temperature

Diese Prüfung des Reibkoeffizienten unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 5 dadurch, dass eine Initialschmierung verwendet wurde, während die Prüfung nach Fig. 5 ungeschmiert erfolgte. Die Versuchsdauer ist etwa drei mal so lang. Wiederum ergibt sich eine Überlegenheit des erfindungsgemäßen Werkstoffs bei dem höheren Anpressdruck. This test of the coefficient of friction differs from that according to FIG. 5 in that initial lubrication was used, while the test according to FIG. 5 was carried out without lubrication. The duration of the experiment is about three times as long. Again, the material according to the invention is superior at the higher contact pressure.

Die Prüfparameter bei der Prüfung nach Fig. 7 waren wie folgt:
Versuchsdauer: 20 h
Flächenpressung: 0,5 MPa
Gleitgeschwindigkeit: 1,57 m/s
Gegenkörper: 100Cr6, R_a = 0,1-0,2 µm
Schmierung: ungeschmiert The test parameters in the test according to FIG. 7 were as follows:
Test duration: 20 h
Surface pressure: 0.5 MPa
Gliding speed: 1.57 m / s
Counter body: 100Cr6, R _a = 0.1-0.2 µm
Lubrication: not lubricated

Bei der Prüfung des Reibkoeffizienten auf einem Stift-Scheibe- Prüfstand bei zwei Prüftemperaturen, nämlich Raumtemperatur von 23°C und einer erhöhten Temperatur von 150°C, zeigt sich die den Vergleichswerkstoffen überlegene Temperaturbeständigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffs PEEK 6. When testing the coefficient of friction on a pin-washer- Test bench at two test temperatures, namely room temperature of 23 ° C and an elevated temperature of 150 ° C, shows up the superior of the comparison materials Temperature resistance of the PEEK material according to the invention 6th

Eine bevorzugte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffs ist gegeben durch eine Stützschicht aus Stahl und eine darauf aufgebrachte poröse Trägerschicht aus Bronze, beispielsweise Kupfer-Zinn-Bronze, wie CuSn10, und eine Gleitschicht aus einem Gleitschichtmaterial einer Zusammensetzung gemäß dem Ausführungsbeispiel PEEK 6 mit 10 Gew.-% ZnS, 10 Gew.-% Kohlenstofffasern, 10 Gew.-% Graphitpartikeln und 10 Gew.-% TiO₂. Das Zinksulfid als Schmierstoff und das Titandioxid als härtender Stoff liegen bei den Werkstoffen PEEK 5, 6 und 7 in Form extrem feiner Partikel vor, wobei das Zinksulfid mit einer mittleren Partikelgröße mit einem D50-Wert von etwa 300 nm und das Titandioxid mit einer mittleren Partikelgröße mit einem D50-Wert von etwa 300 nm vorliegt. Hierdurch entstehen besonders feine homogene Strukturen und besonders geringe Reibwerte und Verschleißwerte. Die Kohlenstofffasern haben bei den Werkstoffen PEEK 5, 6 und 7 eine Länge von 50 bis 250 µm, vorzugsweise von 60 bis 150 µm, ihr mittlerer Durchmesser beträgt 8 bis 15 µm. Die Größe der Graphitpartikel liegt bei bis zu 15 µm, insbesondere bei 1-15 µm, vorzugsweise bei 1-5 µm. PEEK bildet dann den Rest des Kunststoffgleitlagermaterials. Umgerechnet auf eine volumenprozentuale Zusammensetzung ergibt sich, dass der volumenprozentuale Anteil der PEEK-Matrix vorzugsweise zwischen 55 und 90 Vol.-% liegt. Eine bevorzugte Zusammensetzung besteht aus 75 Vol.-% PEEK, 4 Vol.-% ZnS, 10 Vol.-% Kohlenstoffkurzfasern, 7 Vol.-% Graphit und 4 Vol.-% TiO₂. A preferred composition of the sliding bearing composite material according to the invention is provided by a support layer made of steel and a porous carrier layer made of bronze, for example copper-tin-bronze, such as CuSn10, and a sliding layer made of a sliding layer material of a composition according to the embodiment example PEEK 6 with 10% by weight. % ZnS, 10% by weight carbon fibers, 10% by weight graphite particles and 10% by weight TiO ₂ . The zinc sulfide as a lubricant and the titanium dioxide as a hardening substance are present in the materials PEEK 5, 6 and 7 in the form of extremely fine particles, the zinc sulfide with a medium particle size with a D50 value of about 300 nm and the titanium dioxide with a medium particle size with a D50 value of approximately 300 nm. This creates particularly fine, homogeneous structures and particularly low friction and wear values. The carbon fibers of PEEK 5, 6 and 7 have a length of 50 to 250 µm, preferably 60 to 150 µm, their average diameter is 8 to 15 µm. The size of the graphite particles is up to 15 μm, in particular 1-15 μm, preferably 1-5 μm. PEEK then forms the rest of the plastic plain bearing material. Converted to a volume percentage composition, it follows that the volume percentage of the PEEK matrix is preferably between 55 and 90% by volume. A preferred composition consists of 75% by volume PEEK, 4% by volume ZnS, 10% by volume short carbon fibers, 7% by volume graphite and 4% by volume TiO ₂ .

Claims

1. plain bearing composite material with a metallic support layer, optionally with a porous carrier layer applied thereon, and with a lead-free sliding layer forming a sliding surface for a sliding partner with a sliding layer material on a plastic basis, characterized in that the sliding layer material PEEK as a matrix-forming plastic component and also a lubricant in the form of Zinc sulfide and a hardening component in the form of titanium dioxide and / or silicon carbide and additionally carbon fibers and that the lubricant and the hardening component is in the form of fine particles with a D50 value of the particle size of at most 500 nm.

2. plain bearing composite material according to claim 1, characterized characterized that the lubricant and the hardening Component in the form of fine particles with a D50 value of Particle size of at most 400 nm, in particular of 100-350 nm is present.

3. plain bearing composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon fibers have a Length of 50-250 µm, especially 60-150 µm exhibit.

4. plain bearing composite material according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the carbon fibers have a Have a thickness of 8-15 µm.

5. plain bearing composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that the percentage by weight of zinc sulfide based on the mass of the sliding layer material 5-15% by weight is.

6. Plain bearing composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that the percentage by weight of the hardening component based on the mass of the sliding layer material 5-15% by weight is.

7. Plain bearing composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that the percentage by weight of carbon fibers on the mass of the sliding layer material 5-25% by weight, is in particular 5-15% by weight.

8. Plain bearing composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that the Sliding layer material additions of graphite particles in a percentage by weight based on the mass of the sliding layer material of 5-15% by weight.

9. A method for producing a sliding bearing composite material with a metallic support layer, optionally with a porous carrier layer applied thereon, and with a lead-free sliding layer forming a sliding surface for a sliding partner with a sliding layer material on a plastic basis, which PEEK as a matrix-forming plastic component and also a lubricant in the form of zinc sulfide and has a hardening component in the form of titanium dioxide and / or silicon carbide and additionally carbon fibers, comprising the following process steps:

Feeding a strip material forming the carrier layer and preheating the strip material,

Forming a band-shaped sliding layer material from the previously mixed and melted sliding layer material by extruding the melt,

- Feeding the band-shaped sliding layer material onto the band material forming the carrier layer and joining under pressure and at temperatures of 300 to 500 ° C.