DE1815726B2

DE1815726B2 - Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus einem Trockenschmiermittel auf eine aus einem Metall oder einem Polymeren bestehende Oberfläche

Info

Publication number: DE1815726B2
Application number: DE1815726A
Authority: DE
Inventors: Marion Mcgee Livermore Calif. Fulk; John Edward Boulder Col. Schrodt
Original assignee: Ball Brothers Research Corp
Current assignee: Ball Aerospace and Technologies Corp
Priority date: 1967-12-22
Filing date: 1968-12-16
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE1815726A1; DE1815726C3; FR1595272A; US3574658A; GB1205096A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus einem Trockenschmiermittel auf eine aus einem Metall oder einem Polymeren bestehende Oberfläche.

Trockenschmiermittel sind bekannt Das älteste derartige Schmiermittel ist Grh,;hit, in jüngerer Zeit haben sich Sulfide, Selenide und Telluride des Molybdän, Wolfram, und Titan wegen ihrer hervorragenden besseren Schmierwirkung für Lagerflächen durchgesetzt So ist es bekannt, eine aus Molybdändisulfid und Schmieröl gebildete Suspension zur Schmierung von Motoren zu verwenden, um die Schmierwirkung des -to Öles zu verlängern. Auch ist es bekannt, das Trockenschmiermittel in Mischung mit einem Harzbindemittel auf Lagerflächen aufzutragen. Hierbei müssen die Abmessungen der Lagerteile abgestimmt werden auf die Dicke der aufgetragenen aus dem Trockenschmiermittel und dem Harzbindemittel bestehenden Schicht Anschließend muß das Bindemittel durch Wärme ausgehärtet werden. Diese Methode ist langwierig und umständlich und besitzt außerdem insoweit einen Nachteil, als bei Lagertemperaturen so oberhalb der Härtetemperatur des Bindemittels dieses sich zersetzt oder zerfällt, was zu einer Blockierung und damit zum Fressen des Lagers führen kann.

Für Lager, die hohen Beanspruchungen und damit hohen Temperaturen unterliegen, ist diese Methode daher nicht geeignet Weiter ist es aus der AT-PS 2 15 270 bekannt, einen Molybdändisulfid-Film auf Schneidwerkzeuge aufzutragen, um die Standfestigkeit der Schneiden zu verbessern, das heißt, deren Ausglühen zu verhindern. In eine Mischung aus &o MetallkUgelchen und dem Trockenschmiermittel wird das Schneidwerkzeug wie in ein Bad eingetaucht, und durch drehende Relativbewegung wird das Trockenschmiermittel auf das Werkzeug übertragen. Um eine Beschädigung der Schneiden durch die Kugelchen 7U μ verhindern, muß die Relativbewegung zwischen dem Schneidwerkzeug und den KUgelchen relativ weich sein, wodurch sich ein verhältnismäßig lose auf dem Schneidwerkzeug haftender Oberzug aus dem Trockenschmiermittel ergibt, der nicht die für eine Lagerfläche erforderliche Haftfestigkeit besitzt, so daß auch diese Methode für die Anwendung bei Lagerflächen nicht geeignet ist Aus der GB-PS 7 04 761 ist weiter ein Verfahren bekannt, bei dem eine Lageroberfläche dadurch mit einer Molybdändisulfidschicht versehen wird, daß auf die Oberfläche eine rauhe Molybdänschicht aufgebracht wird, die anschließend einer chemischen Behandlung unterzogen wird, durch die an der Oberfläche befindliches Molybdän in Molybdändisulfid umgewandelt wird

Auch dieses Verfahren ist wegen seiner in zwei Stufen durchzufahrenden Behandlung zeitraubend und umständlich; außerdem besitzt die Molybdändisulfidschicht keine ausreichende Haftfestigkeit auf der Lageroberfläche, so daß dieses bekannte Verfahren für hohen Belastungen unterliegende Lager ebenfalls nicht geeignet ist Schließlich ist aus der US-PS 23 87 872 ein Verfahren zur Aufbringung einer Schmiermittelschicht auf die Oberfläche eines Lagers bekannt, bei dem ein Trockenschmiermittel, beispielsweise Molybdändisulfid, aufgetragen wird, worauf die aufgetragene Schicht des Trockenschmiermittels leichten gegen ihre Oberfläche gerichteten Stößen längere Zeit hindurch ausgesetzt wird, bis das Trockenschmiermittel auf der Lagerfläche haften bleibt Darauf wird die mit dem Trockenschmiermittel versehene Lagerfläche einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb 200⁰C in einer Vakuumkammer unterzogen, um die Gleitcharakteristik zu verbessern. Auch dieses in drei Stufen durchzuführende Verfahren ist zeitraubend und aufwendig. Zwar wird gegenüber den vorher genannten Verfahren die Schmierfähigkeit verbessert, jedoch ist die Haftfähigkeit der Schmiermittelschicht auf der Lageroberfläche wegen der bewußt geringen StoBbeaufschlagung nicht ausreichend, um bei langer Betriebszeit hohen Lagerbeanspruchungen zu widerstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es in optimal kurzer Zeit gestattet, auf eine Lageroberfläche eine Schicht aus einem Trockenschmiermittel aufzubringen, die auch bei hohen Lagerbeanspruchungen und langer Betriebszeit fest auf der Lageroberfläche haftet bei voller Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Schmierfähigkeit

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches gelöst durch die in seinem kennzeichnenden Teil unter Schutz gestellten Merkmale.

Der Anspruch 2 stellt eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptanspruch dar.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß sich ohne Anwendung von Wärme auf Lagerflächen eine Schicht aus einem Trockenschmiermittel aufbringen läßt, die während langer Betriebszeit bei extremen Lagerbedingungen und Temperaturen eine optimale gleichbleibende Schmierfähigkeit besitzt, wenn auf ihrem Umfang mit dem Trockenschmiermittel versehene, vorzugsweise kugelförmige, entsprechend kleine Aufschlägkörper mit solcher Geschwindigkeit mit der Lageroberfläche in Kontakt gebracht werden, daß sich auf dieser sehr geringe, die Form der Lagerfläche nicht beeinträchtigende bleibende Eindrükke ergeben. Zufolge der großen durch die hohe Geschwindigkeit bedingten Energie, mit der die Aufschlagkörper mit der Lageroberfläche in Kontakt treten, wird das auf dem Umfang der Aufschlagkörper befindliche Trockenschmiermittel im Bereich der

Kontaktstelle auf die Lageroberfläche übertragen, wobei das Trockenschmiermittel auf die Lageroberfläche aufgesintert wird, so daß eine optimal große Haftkraft des Trockenscbmiermittels auf der Lageroberfläche gewährleistet ist Außerdem erzielen die Aufschlagkörper beim Auftreffen auf die Lageroberfläche in dieser kleinste Eindrücke, die mit dem TrockenschirJermittel gefüllt werden, wobei die Eindrücke Vorratsräume für das Trockenschmiermittel bilden, aus denen während des Betriebes verbrauchtes Trockenschmiermittel ersetzt wird, wodurch sich eine optimal lange Betriebszeit bei einwandfreier gleichbleibender Schmierwirkung ergibt.

Außerdem beseitigen die Aufschlagkörper bei ihrem Auftreffen auf die Lageroberfiäche in dieser Vorhändene Aufrauhungen und bewirken gleichzeitig eine Verfestigung der Lageroberfläche ähnlich wie bei einer Härtung, wodurch die Lageroberfiäche unempfindlicher gegen Beschädigungen wird. Da das erfindungsgemäße Verfahren ohne Wärmeanwendung arbeitet, können auch tentperaturempfindliche Lageroberi'iächen, beispielsweise aus Kunststoff, mit einer Schicht des Trockenschmiermittels ausgestattet werden, was sich bei den bekannten Verfahren verbietet Weiter besitzt das nach dem Verfahren aufgebrachte Trockenschmiermittel einen niedrigen Dampfdruck, so daß die Schmierfähigkeit auch bei unter Vakuum betriebenen Lagern in vollem Umfange erhalten bleibt Auf diese Weise wird durch die Vielzahl der mit der Lageroberfiäche in Kontakt kommenden Aufschlagkörper in kurzer so Zeh eine über die gesamte Lageroberfläche sich erstreckende gleichmäßige Schicht aus dem Trockenschmiermittel aufgebracht

Bevorzugte Trockenschmiermittel sind Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Titandisulfid, Molybdändiselenid, Wolframdiselenid, Niobiumdiselenid und Molybdänditellurid. Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen unter Verwendung von Molybdändisulfid und Wolframdisulfid Die Betriebs- und Arbeitsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere hinsichtlich der Temperatur nicht kritisch, und die Aufbringung des Schmierstoffes erfolgt kontinuierlich, bis die gesamte Oberfläche mit der Schicht aus dem Trockenschmiermittel bedeckt ist

Das eifindungsgemäße Verfahren kann Anwendung Finden bei aus Stahl bestehenden Lagerflächen, außerdem bei Lagerflächen aus Messing, aus Beryllium-Kupferlegierungen, bei Titan, bei Aluminium, bei Magnesium und bei änderet/ Metallen. Auch keramische Lagerflächen können nach dem erfindungsgemäßen so Verfahren mit einer Schicht aus Trockenschmiermittel ausgestattet werden. Wie bereits gesagt, können aufgrund der Tatsache, daß das Verfahren bei Raumtemperatur durchgeführt wird, auch aus Kunststoffen bestehende Konstruktionsteile, wie beispielsweise Zahnräder oder Nocken, mit dein Trockenschmiermittel ausgestattet werden.

Die Zeichnung zeigt die Arbeitsweise des Verfahrens, und es bedeutet

Fig. 1 Darstellung einer Lagerwelle vor Kontakt mit t>o den Aufschlagkörpern;

F i g. 2 Darstellung gemäß F i g. 1 bei Kontakt der Aufschlagkörper mit der Lagerwelle; und

Fig.3 Darstellung gemäß Fig.2 nach Beendigung dieses Kontaktes.

Wie die Fig. 1 zeig, ist ein Aufschlagkörper 10 in Form einer Mikrokugel mit einer Schicht des Trockenschmiermittels 11 überzogen. Der Aufschlagkörper 10 mit seinsr Überzugsschicht wird unter hoher Geschv/indigkeit in Richtung auf die Oberfläche 12 bewegt Wenn gemäß Fig,2 der Aufschlagkörper 10 mit seiner Überzugsschicht aus Trockenschmiermittel U mit der Oberfläche 12 stoßartig in Kontakt tritt, entsteht in der Oberfläche 12 ein Eindruck 14, der zur Verdeutlichung in starker Vergrößerung dargestellt ist Anschließend springt der Aufschlagkörper 10 gemäß F i g. 3 von der Oberfläche 12 zurück. Bei dem Aufprall des Aufschlagkörpers 10 ist ein Teil 16 des Trockenschmiermittels U von dem Aufschlagkörper to auf die Oberfläche 12 übertragen worden und bildet mit dem Eindruck 14 eine Einheit

In den Zeichnungen ist nur ein einziger Aufschlagkörper 10 dargestellt bei dem Verfahren findet jedoch eine Vielzahl von Aufschlagkörpern 10 Anwendung, so daß die Oberfläche 12 einem Vielfachbeschuß durch die Aufschlr.gkörper 10 unterliegt so daß die gesamte Oberfläche 12 gleichmäßig mit fcm Trockenschmiermittel überzogen wird.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen Vergleichsversuche und deren Ergebnisse.

Beispiel I

Zwei Oberflächen aus 440 C-Stahl A und B wurden mit Molybdändisulfid behandelt Auf die Oberfläche A wurde das Molybdändisulfid auf diese aufgesprüht und anschließend unter Verwendung eir.er Polierwelle mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit in die Oberfläche eingerieben. Bei der Oberfläche B wurde zunächst das Molybdändisulfid auf die Oberfläche aufgetragen, worauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Oberfläche mit Mikrokugeln weiterbearbeitet wurde, indem diese Mikrokugeln mit hoher Geschwindigkeit mittels eines Gebläses mit der Lageroberfiäche B in Kontakt gebracht wurden. Die beiden behandelten Oberflächen A und B waren scheibenförmig ausgebildet und wurden in Vakuum getestet Hierbei wurden die Scheiben unter gleichen Betriebsbedingungen in Umd.ehungen versetzt Die Oberfläche B wies eine sechsmal größere Abriebfestigkeit auf als die Oberfläche/4.

Beispiel II

Zwei Oberflächen aus rostfreiem 303-Stahl wurden gemäß Beispiel I behandelt. Es wurde gefunden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Oberfläche einen Abriebwert aufwies, der gegenüber der anderen im .Schleifverfahren behandelten Oberfläche um das 60fache kleiner war. Der Test wurde in Vakuum durchgeführt Es wurde festgestellt, daß die Ve'schleißbeständigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Oberfläche sich verbesserte, während die andere, durch Polierer* bearbeitete Oberfläche sich hinsichtlich der Verschieißbeständigkeit verschlechterte. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß beim Polieren die Oberfläche verletzt wird, zumal im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der behandelten Oberfläche eine relative dünne Schicht aus Trockenschmiermittel verb'eibt.

Beispiel III

Es wurden Antriebszahnräder aus rostfreiem 303-Stahl nach der Erfindung mit Molybdändisulfid behandelt, wobei das Trockenschmiermittel als Überzug auf Glasmikrokugeln aufgebracht war, die einen Durchmesser zwischen 50 und 100 Mikron aufwiesen. Diese Kugeln wurden mit der Oberfläche der Antriebs-

Zahnräder in Kontakt gebracht, um das Trockenschmiermittel zu übertragen. Die so behandelten Zahnräder wurden im Vakuum bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten von 30 bis 3000 U/min, laufen gelassen, wobei sie insgesamt 400 000 000 Umdrehungen ohne erkennbaren Verschleiß oder ohne eine Vergrößerung der für die Zahnräder geforderten Toleranz erkennen ließen.

Beispiel IV

Es wurden Zahnräder unter Verwendung von Stahllagern aus 52 100-Stahl angetrieben. Diese Lager wurden mit Schmiermittel handelsüblicher Herstellung gespeist, wobei ein Festfressen nach 1800 Stunden auftrat. Nach diesem Festfressen wurden gleiche Lager nach dem Verfahren gemäß Beispiel III trocken geschmiert.

Die erfindungsgemäß geschmierten Lager arbeiteten

noch nach 4000 Stunden kontinuierlichen Betriebes ohne jede Störung.

Neben Glasmikrokugeln sind auch andere runde Materialien verwendbar. Die Glaskugeln werden im Interesse einer hohen Schmierqualität nur einmal benutzt. Demgegenüber können Metallkugeln, beispielsweise aus rostfreiem Stahl wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden durch Aufbringen neuen Trokkenschmiermittels.

Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß die Erfindung eine gegenüber bekannten Verfahren wesentlich verbesserte Trockenschmierung gewährleistet. Bei der Behandlung im Vakuum zeigt sich, daß das Trockenschmiermittel keiner Verdampfung unterliegt, so daß bei Vakuumbedingungen die Erfindung eine wesentlich höhere Beanspruchung der Schmierstellen, als normalerweise üblich ist, ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zum Aufbringen einer Schiebt aus einem Trockenschmiermittel auf eine aus einem Metall oder einem Polymeren bestehende Oberfläehe, wobei das Trockenschmiermittel gegen die Oberfläche angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Aufschlagkörper (10) mit einem haftenden Oberzug des Trockenschmiermittels versehen werden und daß die Aufschlagkörper auf die mit einer Schmiermittelschicht zu versehende Oberfläche (12) mit einer solchen Geschwindigkeit geschleudert werden, daß beim Aufprall jedes Aufschlagkörpers auf die Oberfläche durch die Aufprallenergie ein Teil (16) des Schmiermittels auf die Oberfläche übertragen und aufgesintert wird unter Bildung eines bleibenden Eindruckes (14) auf der Oberfläche an der Aufprallstelle.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als trockene Schmiermittel ein solches aus der Gruppe Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Titandisulfid, Molybdändiselenid, Wolframdiselenid, Niobiumdiselenid und Molybdänditellurid verwendet wird.

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