DE1575674A1

DE1575674A1 - Antifriktionslager

Info

Publication number: DE1575674A1
Application number: DE19661575674
Authority: DE
Inventors: Gobran Riad Hilmy; Osborn Stephen Wynn
Original assignee: Thiokol Corp
Current assignee: ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1965-09-14
Filing date: 1966-09-09
Publication date: 1970-02-12
Also published as: US3464845A

Description

Die Erfindung betrifft Antifriktionslager und speziell ein
neues und verbessertes Lager sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Speziell befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Lagers, das eine sehr dauerhafte Anti friktionslagerfläche besitzt, welche aus einem Polyäthylensulfl harz mit hohem Molekulargewicht und einer oder mehreren anderer festen Substanzen besteht.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Lager und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu liefern, worin eine Pol} äthylensulfidlagerflache vorgesehen ist, die dauerhafte Eigenschaften und eine gute chemische und Lösungsmittelresistenz
besitzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigen-

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schäften von Polyäthylensulfid mit hohem Molekulargewicht als
Lagerfläche durch Einlagerung einer oder mehrerer anderer fester Substanzen zu verbessern. V7eitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.

Beim Suchen nach erwünschten Materialien für die Verwendung bei Lagern wird das Problem dadurch verwickelt, dass nicht ein oder zwei Eigenschaften, sondern zahlreiche bestimmte Eigenschaften für ein gutes Lagermaterial notwendig sind. Verschiedene Anwendungen erfordern, dass das Lager unterschiedliche Eigenschaften besitzt. Jedoch besteht eine-Kombination von Eigenschaften, die für Lager besonders erwünscht ist, in einem niedrigen Reibungskoeffizienten, selbst wenn das Lager ungeschmiert ist, in einer hohen Abriebwiderstandsfähigkeit und einer niedrigen Abnutzungsgeschwindigkeit, geringen Kriecheigenschaften, in chemischer und Lösungsmittelresistenz sowie einer guten Wärmestabilität bis zu relativ hohen Temperaturen. Die Massen der vorliegenden Erfindung sind besonders erwünscht für die Anwendung bei Lagern, die diese spezielle Kombination von Eigenschaften erfordern.

Die Lager der vorliegenden Erfindung sind besonders als Endlager in Fahrzeugmotoren geeignet, da diese Lager einen hohen
Grad chemischer und Lösungsmittelresistenz sowie der anderen oben erwähnten Eigenschaften erfordern, die ebenfalls für diese Verwendung nötig sind.

Der Ausdruck "Antifriktionslager", der hier verwendet wird, sei so verstanden, dass er jedes Teil oder jede Vorrichtung einschliesst, die bei der Verwendung wenigstens einer Oberfläche

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besitzt, die direkt oder über ein flüssiges oder festes Schmiermittel die Oberfläche eines anderen Teils trägt, gegenüber dem das Antifriktionslager eine Gleitbewegung aufweist, ungeachtet der Tatsache, ob der Hauptzweck oder alleinige Zweck des Antifriktionslagers darin besteht, eine Kraft von einer auf die andere der Flächen mit relativer Gleitbewegung zu übertragen oder ob der Gleitkontakt allein oder teilweise zu anderen Zwecken dient, wie beispielsweise un eine Dichtung zu erhalten. Der Ausdruck "Antifriktionslager", wie er hier verwendet wird, umschliesst daher nicht nur ein Teil, dessen Hauptzweck oder alleiniger Zweck es ist, eine Kraft von einer Fläche auf eine Fläche eines anderen Teils zu übertragen, gegenüber dem die erste Fläche im Betrieb eine Gleitbewegung aufweist, sondern er schliesst auch solche Teile ein, die allgemein als Kolbenringe, Kolben, Zylinder, Gleitdichtungen oder Flüssigkeitsdrehdichtungen und Gehäuse von Kugellagern oder Walzenlagern bezeichnet werden.

In einem Antifriktionslager nach der vorliegenden Erfindung besteht wenigstens eine Schicht in Nachbarschaft zur Lagerfläche, d.h. der Fläche, die die Lageroberfläohe bildet oder zu ihr wird, aus eines Gemisch von Polyäthylensulfidharz, wie oben definiert, und einer oder mehreren anderen festen Stoffen.

Für die Verwendung nach der vorliegenden Erfindung ist ein Polyäthylensulfidharz ein festes formbares kristallines Polymer mit hohem Molekulargewicht, wie es beispielsweise in der schwebenden USA-Patentanmeldung 274 866 vom 22. April 1965 beschrieben ist. Dieses Polyäthylensulfidpolymer besitzt einen Schmelzpunkt zwi-

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sohen 200 und 215°C und einen Schmelzindex bei 215°C von etwa 1,5 g/Min, nach den in der genannten USA-Patentanmeldung beschriebenen Prüfverfahren. Der Anteil der anderen festen Substanz oder Substanzen (hier der Einfaohheit halber als "andere Bestandteile" bezeichnet) kann beachtlich variieren, sollte jedoch zwischen etwa 10 und etwa 60 Volumen-^ der Zusammensetzung liegen, aus der die Schicht in der Nähe der Lageroberfläche besteht.

Beispiele der anderen Bestandteile, Mit denen das Polyäthylensulfidharz vermischt werden kann, um die Lagerzusammensetzung nach der Erfindung zu bilden, sind gesintertes oder ungesintertes Polytetrafluoräthylen in granulierter oder faserförmiger Form, Metalle, wie Blei, und Metallegierungen, wie Bronze, Materialien, die die Eigenschaften leichter Spaltbarkeit besitzen, wie Graphit, Molybdändisulfid, Bleidiiodid und Bornitrid sowie bestimmte inerte Ptil!materialien, wie Kieselgur, Kupfer-II-Oxyd, Asbestfaser oder Glasfaser.

Lager nach der vorliegenden Erfindung können in der Weise hergestellt werden, dass man das Polyäthylensulfidharz mit d,em anderen Bestandteil oder den anderen Bestandteilen vermischt und dann aus diesem Gemisch die Lager durch Pressen, Extrudieren, Verdichten und Härten oder ähnliche andere bekannte Verfahren gewinnt. Wechselweise kann das Antifriktionslager auch in der Weise hergestellt werden, dass man zuerst das Polyäthylensulfid über seinen Erweichungspunkt erhitzt, bis das Polyäthylensulfid eine Flüssigkeit wird. Die anderen Materialien können dann zu

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dem flüssigen Polyäthylensulfid zugesetzt werden. Das Gemisch wird dann in die gewünschte Form gegeben und abgekühlt, um eine feste Auflagerfläche zu bilden.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Polyäthylensulfidfasern, die zu einem Gewebe verwebt sind, welches dann mit einem oder mehreren anderen Bestandteilen imprägniert wird, die in granulierter oder faseriger Form vorliegen können, und diese Gewebe sind dann geeignet, als Antifriktionslager verwendet zu werden, wie sie hier beschrieben sind, Zur Erfindung gehört auch die Verwendung eines oder mehrerer anderer Bestandteile, wie Polytetrafluoräthylen, in der Form von Fasern, die zu einem Gewebe verwebt sind, welches dann mit Polyäthylensulfid imprägniert wird. Auch dieses kann als Lager oder als Materialkörper für die Herstellung von Lagern verwendet werden. Der Ausdruck "Imprägnierung", wie er hier verwendet wird, betrifft die Anbringung des Unterlagematerials oder Imprägnats auf dem Tuch oder Gewebe und ist derartig, dass das Unterlagematerialteilweise oder vollständig in die kleinen Zwischenräume zwischen den Fasern des Tuchs oder Gewebes eindringt, so dass das Unterlagematerial und das Tuch oder Gewebe eine einheitliche Struktur wird. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Polyäthylensulfidfasern, die zusammen mit Fasern der anderen Bestandteile verwebt sind, um ein Gewebe zu liefern, das dann mit Polyäthylensulfid und/oder den anderen Bestandteilen in granulierter oder faserförmiger Form imprägniert wird. Auoh diese \ Gewebe können als Lager oder Materialkörper für die Herstellung von Lagern verwendet werden. Die Fig. 3a und 3b sind Beispiele

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dieser Ausführungsform, in der ein Polyäthylensulfidgewebe «it anderen Bestandteilen imprägniert ist.

Ein Antifriktionslager nach der vorliegenden Erfindung kai η von einheitlicher Form sein, wie in Fig. 1 beispielhalber gezeigt ist, worin das Lager einfach ein Körper des Gemisches von Polyäthylensulfidharz und anderen Bestandteilen umfassen kann. Das Lager kann aich zusammengesetzt sein, wie beispielshalber in Fig. 2 gezeigt ist, worin das Lager zwei oder mehrere miteinander verbundene Schichten besitzt, wobei eine dieser Schichten aus dem Lagermaterial nach der Erfindung besteht oder dieses enthält, während die andere Schicht oder die anderen Schichten eine Stütze oder. Unterlage bilden oder sonstwie zusätzliche Festigkeit liefern.

Eine Form eines zusammengesetzten Lagers nach der Erfindung umfasst eine Metallunterlage, beispielsweise aus Stahl, Messing oder Aluminiumlegierung, mit einer Schicht des Gemisches von Polyäthylensulfidharz und einem oder mehreren anderen Bestandteilen, wobei diese Schicht mit der Oberfläche der Metallunterlage verbunden ist. In diesem Fall kann das Gemisch auf die Unterlage in Streifenform oder in Form von Pulver oder Granalien aufgebracht und anschliessend mit der Unterlage durch Erhitzen der zusammengesetzten Struktur über den Erweichungspunkt des Harzes verbunden werden, wobei das Gemisch gleichzeitig auf die Oberfläche der Metallunterlage, beispielsweise zwischen den Walzen eines Walzwerkes, aufgepresst wird. Darüber hinaus wird das Gemisch von Polyäthylensulfidharz und anderen Bestandteilen als

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eine Schicht auf eine Metal!unterlage auf diese Weise aufgebracht, um ein Lager zu bilden. Die Unterlage kann vor der Aufbringung behandelt werden, im eine rauhe oder wabenartige Oberfläche zu bekommen, um so die Bindung zwischen dem Gemisoh und der Metal!unterlage zu verbessern. Beispielsweise kann die Metallunterlage durch Kugelstrahlen behandelt werden, um eine rauhe Oberfläche zu bekommen, oder sie kann chemisch behandelt werden, beispielsweise im Falle einer Stahlunterlage durch Phosphatierung oder im Falle einer Aluminiuranterlage oder Aluminiumlegierungsunterlage durch Eloxierung.

Eine andere Form des zusammengesetzten Lagers nach der vorliegenden Erfindung umfasst einen porösen Metallkörper oder eine Matrix, in der die Poren wenigstens der Oberflächenschicht, die eine Lageroberfläche darstellt, Polyäthylensulfidharz alleine oder mit einem oder mehreren anderen Bestandteilen vermischt enthalten.

In diesem Fall kann die poröse Metallmatrix in der Form einer Schicht vorliegen, die den Teil eines zusammengesetzten Lagers bildet, welcher mit -einer Stahlunterlage oder einer anderen Metallunterlage verbunden ist. In Fällen, in denen die Poren der porösen Metallmatrix Polyäthylensulfidharz alleine ohne andere Bestandteile enthalten, bilden das in die Poren der Metallmatrix eingelagerte Harz und das Metall der Matrix selbst zusammen ein im wesentlichen homogenes Gemisch, das Polyäthylensulfidharz auf der Lageroberfläche einsehliesst. Fig. 2 erläutert ein zusammengesetztes Lager mit einer porösen Metallmatrix, die mit

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Polyäthylensulfid imprägniert ist.

Wenn das Polyäthylensulfidharz oder ein Gemisch des Polyäthylensulfidharzes und eines oder mehrerer anderer Bestandteile in eine poröse Metallmatrix eingelagert wird, z.B. in der Form einer selbst mit einer Stahlunterlage oder einer anderen Metallunterlage verbundenen Schicht, um ein zusammengesetztes Lager oder Lagermaterial zu bilden, kann die Einlagerung durch Anwendung von Hitze und/oder Druck auf eine Schieht oder einen Streifen des Polyäthylensulfidharzes oder Gemisches von Polyäthylensulfid und anderen Bestandteilen erfolgen, die auf die Oberfläche der Matrix aufgelegt oder auf ihr ausgebreitet wurden. Vorzugsweise wird die Einarbeitung dabei so vorgenommen, dass über der Auflageroberfläohe der Matrix eine dünne Oberflächenschicht des Harzes oder Gemisches resultiert.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Ein Lager in der Form einer Scheibe wird durch Spritzguss bei einer Temperatur von etwa 2i6°C und bei einem Druck von etwa 680 Atmosphären (iO.000 Pfund pro Quadratzoll) eines im wesentlichen homogenen Gemisches hergestellt, das aus etwa 80 Volumen-% granulierten Polyäthylensulfidharzes und etwa 20 Volumen-^ granulierten Polytetrafluoräthylens besteht. Auch kann »an wie oben ein Lager herstellen, indem man anstelle des granulierten Polytetrafluoräthylene faserförmiges Polytetrafluoräthylen verwendet.

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Beispiel 2

Ein Bimetallstreifen, der aus einer Stahlunterlage besteht, mit der eine poröse Bron ere schicht verbunden ist, wurde auf der Oberfläche der Bronzeschicht durch Heisspressen bei einer Temperatur von220°C mit einer Schicht eines Materials versehen, welches im wesentlichen aus einer homogenen Mischung von etwa 80 Volumen-Ji Polyäthylensulfidharz und etwa 20 Volumen-% Polytetrafluoräthylen in der Form eines Pulvers bestand.

Der so gebildete zusammengesetzte Streifen wurde dann zu Druckscheiben oder Blättchen zerschnitten, aus denen Lager anderer Typen in bekannter Weise hergestellt werden kaönnen.

Beispiel 3

Ein Polyäthylensulfidharz mit hohem Molekulargewicht wird zu Pasern extrudiert. Diese Pasern werden zu Fäden versponnen, und die Fäden werden zu einem Gewebe verwebt. Eine Schicht eines im wesentlichen homogenen Gemisches aus etwa 60 Volumen-^ Polyäthylensulfidharz,, etwa 35 % granulierten Polytetrafluoräthylens und etwa 5 % Graphit wird dann auf die Oberfläche des Polyäthylensulfidgewebes durch Heisspressen bei einer Temperatur von 22O⁰C aufgebracht.

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Claims

Patentansprüche

4₍) Antifriktionslager, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageroberfläche aus einem Athylenpolysulfxdpolyaier besteht.

JU ) Antifriktionslager nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Lageroberfläche aus einem Homopolymer von Äthylensulfid mit hohem Molekulargewicht besteht.

3.) Antifriktionslager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageroberfläche aus einem Gemisch eines Äthylensulfidpolymers mit hohem Molekulargewicht und wenigstens einem anderm festen Material besteht.

h.) Antifriktionslager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageroberfläche aus einem Gemsch von Äthylensulfidpolymer und Polytetrafluoräthylen besteht.

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