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Verfahren zur Herstellung von Kunstharz -Verbundlagern Lagerschalen
aus Kunstharzen haben bei gleichmäßiger Belastung eine große Verschleißfestigkeit,
gute Dämpfung, geräuscharmen Lauf und eine ausgezeichnete Elastizität. Besonders
vorteilhaft ist die Unempfindlichkeit gegen kleinere Fremdkörper, die eingebettet
werden können, sowie das niedrige spezifische Gewicht und die hohe chemische Resistenz.
Diesen beträchtlichen Vorteilen steht einmal die geringe Wärmeleitfähigkeit, die
rund 200mal kleiner als die von Metallen ist, entgegen, so daß die beim Lagerlauf
erzeugte Reibungswärme vornehmlich durch das Schmiermittel oder die Welle abgeführt
werden muß. Andererseits verlieren Kunstharzlager bei stoßweiser Beanspruchung leicht
ihre Tragfähigkeit, da sie zermürbt werden. Um beide Nachteile auszugleichen, werden
Kunstharz-Verbundlager hergestellt, bei denen eine dünne Harzschicht auf einen metallischen
Stütz-Körper aufgehärtet ist. Weiterhin versucht man, durch Einpigmentierung von
Metallen die Wärmeleitfähigkeit der Gleitschicht zu erhöhen und andererseits durch
entsprechende Auswahl der Metalle auch die Laufeigenschaften solcher Lager günstig
zu beeinflussen. Nach der Aushärtung solcher Harz-Metall-Kombinationen liegen praktisch
die Metallpartikeln von Kunstharz umschlossen nebeneinander, bzw. das eingetragene
Metallpulver ist durch das Kunstharz lediglich verkittet. Da die Klebebindung zwischen
der metallischen Stützschale und dem Gleitfilm nur adhäsiven Charakter hat, neigen
solche Filme leicht zum Ablösen. Solche Lager zeigen bei stärkerer dvnam.ischer
Belastung Zerstörungen, da sie bei stoßweiser Beanspruchung zerbröckeln, so daß
derartige Metall-Verbundlager z. B. auf einem mit dynamischer Belastung betriebenen
Prüfstand bei 4000 U/min schon nach etwa 5 bis 6 Stunden versagen.
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Es wurde nun gefunden, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Lager auch hohen dynamischen Belastungen mit großen Verschleißschubkräften gewachsen
sind und z. B. auf demselben Prüfstand bei 6000 U/min auch nach
100 Stunden praktisch noch keine Veränderungen der Lageroberfläche zeigen.
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Erfindungsgemäß werden diese Lager wie folgt hergestellt: In eine
härtbare flüssige oder pulverförmige Kunstharz-Kombination wird in bekannter Weise
ein .ivletallpulver eingebracht, dessen Schmelzpunkt gerade im Härtungs- bzw. Vernetzungstemperaturbereich
des angewandten Kunstharzes liegt. Die Kunstharz-Metallpulver-Mischung wird auf
den Stützkörper ebenfalls nach bekannten Methoden aufgebracht und dort unter allmählicher
Steigerung der Temperatur zunächst über das völlige Schmelzen des Harzes hinaus
bis zum völligen Schmelzen des Metallpulvers erhitzt, worauf dann, nachdem beide
Mischungskomponenten nacheinander durchgeschmolzen sind, die endgültige Aushärtung
des Kunstharzes 10 bis 20' C
unterhalb des Schmelzpunktes des Metallpulvers
durchgeführt wird. Bei der in der ersten Erhitzungsstufe erfolgenden Erwärmung,
wobei die benötigten Wärmemengen bei flüssigen Mischungen von außen zugeführt oder
bei einem Sinterverfahren dem vorgewärmten Stützkörper entzogen werden können, wirkt
das noch nicht geschmolzene Metallpulver im Schmelzbereich des Kunstharzes als stationäre
Phase und verhindert somit ein Ablaufen des am Anfang des Schmelzens dünnflüssiger
werdenden Harzes. Durch die fortschreitende Härtung bei entsprechender Wärmesteigerung
bis zum Schmelzpunkt des Metalls wird nun die Harzkomponente durch Vernetzung in
ihrer Struktur immer fester, so daß bei Erreichen des Schmelzpunktes des Metalls
nunmehr das Harz als stationäre Phase wirkt und das gleichmäßig in der ganzen Kunststoffschicht
verschmolzene Metall durch das Harz am Ablaufen gehindert wird. Sobald die Metallteilchen
völlig verschmolzen sind, wird die Temperatur des Härtungsvorganges in der zweiten
Erhitzungsstufe um 10 bis 20' C unter den Schmelzpunkt des Metalls
gesenkt und bei dieser Temperatur das Kunstharz endgültig ausgehärtet.
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Die Verschmelzung der einzelnen Metallteilchen der Laufschicht wird
besonders durch die reaktionsfähigen Wasserstoffatorne des Kunstharzes begünstigt,
da durch Reduktionsvorgänge die das Metall umschließenden
Oxydschichten
durchbrochen werden und die Harzkomponente praktisch als Flußmittel wirkt. Durch
denselben Effekt wird weiterhin durch Verlötung eine kohäsive Bindung zwischen der
Metallstützschale und dem eingebrachten Metall erreicht, wodurch noch eine besonders
hervorragende Bindung der Laufschicht mit dem Stützkörper erzielt wird. Gleitflächen
mit der erfindungsgemäßen Beschichtung zeigen eine außerordentlich hohe dynamische
Belastbarkeit und sind den bisherigen bekannten Kunststoff-Verbundlagern weit überlegen,
so daß man diese Lagertypen z. B. in allen Verbrennungsmotoren oder schnellaufenden
Maschinen mit sehr gutem Erfolg einsetzen kann.
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Die Standfestigkeit solcher Kunststoff-Metall-Verbundlager gegen stoßweise
Beanspruchung läßt sich weiter stark verbessern, indem die ausgehärtete Gleitschicht
einer 2 bis 60stündigen Wärmenachbehandlung bei Temperaturen von 30 bis
100' C unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls unterworfen wird. Bei dieser
Nachbehandlung, die je nach Harztyp verschieden ist, handelt es sich nicht
um eine Nachhärtung des Kunstharzes, da sonst eine Versprödung eintreten müßte.
Die technologische Verbesserung, die durch die Wärmenachbehandlung erzielt wird,
liegt in einer Erhöhung der Elastizität sowie in einer Erhöhung der Warmhärte und
vor allem der Wärmestandfestigkeit des Harzes.
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Als härtbare Kunstharze bzw. Kunstharz-Kombinationen kommen Formaldehyd-Kondensationsprodukte
des Phenols oder seiner Homologen in Frage, wie Phenolformaldehydharze oder Kresolformaldehydharze,
außerdem die Methylolverbindungen des Harnstoffes und der Triazine, ferner Epaxydharze,
die als Vernetzungsmittel Phenol- oder Kresolformaldehydharze oder Polyamine, z.
B. Melamin, Dicyandiamid oder Aminformaldehydharze enthalten. Als Metallpulver können
z. B. die eutektischen Gemische von Blei-Zinn (Schmelzpunkt 183' C) oder
Kadmium-Zinn (Schmelzpunkt 176' C) oder auch Reinzinn (Schmelzpunkt
232' C) oder eine andere im Härtungsternperaturbereich des jeweils angewendeten
Kunstharzes schmelzende Metallkombination verwendet werden. Praktisch lassen sich
alle Weichlote bei entsprechend ausgewähltem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich verwenden,
wobei der Metallgehalt, bezogen auf den Harzanteil, gewichtsmäßig zwischen den Verhältnissen
von 1 : 1 und 5 : 1 variiert werden kann. Der Auftrag der Gleitschicht
kann durch Verfahren der Anstrichtechnik oder vorteilhaft im Wirbelschichtverfahren
oder durch eine einfache Beschichtung erfolgen.
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Beispiel 1
50 Gewichtsteile einer härtbaren Epoxydharz-Kombination
bestehend aus 70 Gewichtsteilen Epoxydharz, wie es durch Kondensationen von
1 Mol Bisphenol mit 1,5 Mol Epichlorhydrin in alkalischer Lösung erhalten
wurde, und 30 Gewichtsteile in an sich bekannter Weise erhaltenen härtbaren
Phenolformaldehydharzes werden in festem Zustand mit 50 Gewichtsteilen Zinnpulver
innigst vermischt. Der vorgewärmte Stützkörper mit einer Temperatur von etwa
180' C
wird nun in die nach bekannten Verfahren aufgewir-belte Mischung
6 Sekunden getaucht, wobei er durch das Schmelzen des Harzes allseitig von
der Kunstharz-Metallpulver-Mischung überzogen wird. Anschließend wird der überzogene
Körper, dessen Überzugsschichtdicke 0,5 bis 1 mm beträgt, bis 240'
C
erhitzt und 1/4 Stunde bei dieser Temperatur belassen, wobei bei
gleichzeitigem Schmelzen des Metallpulveranteiles das Harz weiter aushärtet. Dann
wird bei 220' C das Harz 1/2 Stunde zu Ende gehärtet. Das fertige Verbundlager
kann sofort oder zum Zwecke einer weiteren Verbesserung der Laufeigenschaften nach
einer Wärmebehandlung von 5 Stunden bei 180' C in an und für sich
bekannter Weise zur Erreichung der Maßhaltigkeit bearbeitet werden.
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Beispiel 2 30 Gewichtsteile eines durch alkalische Kondensation
gewonnenen Phenolformaldehydharzes werden in 50 Gewichtsteilen Butanol gelöst
und mit 30 Gewichtsteilen einer pulverförmigen eutektischen Blei-Zinn-Mischung,
bestehend aus 62%. Zinn und 38% Blei versetzt. Dieses Gemisch wird nach üblichen
Verfahren auf den Stützkörper aufgestrichen, das Lösungsmittel vertrieben und die
Schicht von rund 50 R bei 190' C 2 bis 5 Minuten gehärtet.
Danach wird die nächste Schicht aufgebracht und ebenso# verfahren. Nachdem die gewünschte
Schichtstärke zwischen 0,1 und 0,5 mm liegend erreicht ist, wird die
Gesamtschicht bei 170' C '/2 Stunde durchgehärtet und anschließend zur Erreichung
der optimalen Lagereigenschaften einer Wärmenachbehandlung von 24 Stunden bei
100' C unterworfen und entsprechend bearbeitet.