DE1908482A1 - Poroese Kunststoffmetallverbindung bzw.darauf beruhender Gleitwerkstoff - Google Patents

Description

• Poröse Kunststorfmetallverbindung bzw. darauf beruhender Gleitwerkstoff Poröse metallische Gleitwerkstoffe sind seit Jahren bekannt und haben sich zum Beispiel -für Wartungsarme Büchsen bewahrt.
• Sie werden vorzugsweise aus Schwermetallpulver auf der Eisen-oder Kupferbasis und durch Verpressen und Sintern derartiger Pulverlegierungen hergestellt. Das Porenvolumen liegt üblicherweise zwischen 10 - 30 und hat die Aufgabe, das durch Pranken der fertigen Büchse in sie eingebrachte Schmiermittel der Laufflache feinstdosiert und auf lange Zeit verteilt zuzufuhren.
• Erfahrungsgemaß haben Aluminiumlegierungen, insbesondere wenn sie mit Zinn oder Blei und weiteren Bestandteilen legiert werden, besonders @ute Baufeigenschaften, auch im Bereich der Mangelschmierung.
• Poröse Leichtmetallsinteroüchsen konnten bisher nicht oder nur wenig eingeführt werden, weil das @erstellungsverfahren zur Erzielung eines hohen Porenvol@@ene in Verbindung mit dem Binterprozess offensichtlich nicht leicht benerrscht wird.
• Gegenstand der neuen Erfindung ist nun ein poröser metallischer Gleitwerkstofi, der eoenialls aus @etalpulver bestimmter Körnung hergestellt wird, wobei der Haftverband jedoch nicht durch Sintern erreicht wird. Die Erfindung bestent darin, daß die Veroindung aus einem Metallpulver mit vorzugsweise globularer Körnung und einem Kunststoff, der die Körner mit einer Kunststoffschicht ujri.schließt, besteht, und der Haftverband durch ein Verschmelzen oder Verkleben der Kunststoffschichten und gegebenenfalls auch durch metallisches Verbinden der Körner untereinander hergestellt wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird der Haftverband vorzugsweise durch Kunststoffe mit hoher Klebwirkung oder solche thermoplastische Kunststoffe, die nach Erhitzen auf und über den Schmelzpunkt miteinander verschmelzen, erreicht.
• Zu diesem Zweck werden die Körner des Metallpulvers zunächst mit einem solchen Kunststoff überzogen. Dieses mit Kunststoff überzogene Metallpulver wird dann anschließend in der gleichen Weise wie beim porösen Sintermaterial zu Büchsen oder sonstigen Gleitwerkstoffen z.B. unter Erhitzung auf oder über den Schmelzpunkt des Kunststoffes gepresst und der Verband durch die sich berührenden und zusammerklebenden Körner erzeugt, Erfahrungsgemäß haben viele Kunststoffe gute Gleiteigenschaften für wartungsarmen bzw. wartungsfreien Betrieb.
• Teilon ist beispielsweise sexannt. Adol. andere Kunststofie aus der Gruppe der Porya@@de, Polyathyiene, Polypropylene, Polyvinylchloride oder @etrailuorathy@ene und deren @egierungen können verwende@ werden. Diese Kunststoffe können @us@tze aus Metallpulver oder s@@st@@en die Reibung und den Verschle@@ hera@setzenden Bestandteile enthalten.
• Wenn die Metallgrundkbrnung mit derartigen Kunststoffen dirent oder zusammen mit einer kunststoffkleberschicht überzdgen werden, besteht die unoearo@@tete Lauf@@@@ne aus e@@er V@eizahl derartiger Kunststoff@@gein. Die metallgrundktrper bilden im verklebten @astand das tragende und warmeieitende Skeiett, der Kunststoll die Glelt@@@che mit den ausgewahlten Lauteigenschaften.
• Es besteht auch die M@@lichkeit, wahrend des Pressvorganges einen elektrischen Stro@ einer hohen Stronstarke, die sich nach den Querschnitten der Büchse richtet, anzulegen. Dadurch kann an den Berührungsstellen der Metallkugein eine Srt@@che Erhitzung erzeugt werden, die zu einer tellweise meta@llschen Verbindung führt.
• Nach Merstellung des Verbandes wird dieser Kombinationswer@-stoff mit @@ in bekannter Weise @etran@t.
• Es gibt auch Sintermetall-Lager, dre mit derartigen Kanststoffen getrankt sind und dann einen @@undurchlassigen Körper darstellen. Diese Gleitwerkstolfe haden@ edoch den Nachtei@, daß sie kein Schmiermittel wahrend der Laufteit zur Schmierung abgeben Kennen.
• Der neuartige Gleitwerkstoff zeichnet sich dadurch aus, daß er eine Kombination der Vorteile des Kunststoffgleitwerkstoffes mit denen des Sinterlagers ergibt-und eine entsprechen de Öldosierung ermöglicht.
• Die Qualität derartiger Kunststoff-Metall-Gleitwerkstoffe hängt wesentlich von ihrem inneren Aufbau ab. Die beigefügt Zeichnung zeigt in einer Ausführungsform eine erfindungsgemäße Kunststoffmetallverbindung, in der die Metallkörner als kein dargestellt sind.
• Die Kugeln sind in der Zeichnung mit 1 bezeichnet. 2 ist die Kunststofischicht und 3 veranschaulicht das Schmiermittel.
• Die Gegenlauffläche - eine Welle - ist mit 4 bezeichnet.
• Die Körner des Metallpulvers Desitzen einen Druckmesser von 50 bis 1000 µm vorzugsweise von 200 bis 400 µm. Vorteilhaft besteht das Metallpulver aus an sich bekannten Lagerlegierungen, wie Bleibronze, Aluminfum-Legierungen oder aus Eisenwerkstoffen hoher Korrosionsbeständigkeit. Beispielsweise kann die Lagerlegierung in bevorzugter Ausführung aus einer Aluminiumlegferung mit bis zu 30 % Blei und oder 0,5 bis 15% Zinn und oder 0,5 bis 5 % Silizium bestehen. Die Schichtstärke der die Metallkörner einhüllenden Kunststoffbezüge soll 5 bis 400 µm, vorzugsweise 5 bis 100 µm betragen. Zur Aufrechterhaltung einer guten Schmierung sind die Poren der Kunststoffmetallverbindung mit einem Schmiermittel gefüllt und zur Unterstützung der Schmiermittelzufuhr können zusätzlich Ölreservoire zum Beispiel in der metallischen oder nichtmetallischen Unterlage yorgesehen sein.
• Die dichteste Packung, bei der die Kugein sich in der sogenannten Oktaederevbene unter 60° schneidenden Richtungen und am haufigsten gegenseitig berühren, weist bekanntlich ein Porenvolumen von ca. 25 % auf; es ist bhLriä-ig von dem Durchmesser bzw. der Größe der Kugeln. Naturgemäß ist dies auch die stabilste Packung, die dem Gleiteerkstoff zur optimalen Festigkeit verhilft. Eine solche Packung stellt sich jedoch oftmals nicht ohne weiteres und allein ein, sondern in der Paraxis vielfach durch Rütteln oder Vibration. Eine andere, sich leichter einstellende Packung richtet sich auf l/3 Poren-Volumen oder 33 % ein. Eine Weitere Vergrösserung des Poren-Wolumens lasst sich nur durch Fehlstellen oder ungleich gro@e Kugeln, allerdings auch zu Lasten des natürlichen optimalen Festigkeitsaufbaues, erreichen.
• Eine weitere Grösse, die die Qualitat des porösen Gleitwerkstoffes beeinflusst, is-t die Dicke der Kunststoffschicht auf den Metallkugeln. Bei dem Schmelzpunkt, z.B. des Rilsans, von 186°C, bei dem auch das Verschmelzen der Kugeln miteinander erfolgt, ist die Festigkeit des Metallkörpers, wenn Aluminium, Bronze oder Stahl gewahlt wird, noch ausreichend groß genug, um bei einem leichten Pressdruck während dieses Schmelzprozesses den Kunststoff zur Seite zu drangen, bis eine Metallkugel die andere-berührt. In diesem Falle wird also der beste natürliche Festigkeitsaufbau erzielt. Die an dieser Berührungsstelle verdrängte Kunststoffschicht verringert das Porenvolumen.
• Als dritte Einflußgröße ist der Durchmesser der Kugel zu betrachten, der sowohl für die Büchse selbst als auch bei der Herstellung des Pulvers von Wichtigkeit ist.
• Zum Aufschmelzen einer bestimmten Schichtdicke z.B. im Wirbelsinterbad bedarf es einer bestimmten Wärmekapazität oberhalb des Schmelzpunktes des auf die Oberfläche der Kugel aufzutragenden Kunststoffes. Die Wärmekapazität hängt wiederum von der Größe der Kugel und der spez. Wärme des Kugelmateriales und von dessen Dichte ab. sei gleichem Kugeldurchmesser je °C Temperaturerhöhung ist z.B. der Warmeinhalt der Bronzekugel um 12 , und der der Stahlkugel um 46 % grösser als bei der Aluminium-Kugel und demzufolge auch theoretisch die Schichtdicke des aufgeschmolzenen Kunststoffes.
• kerner ist massgebend das Verhaltnis des Kugelvolumens zur Oberfläche, denn je grösser dieses ist, umso leichter kann die notwendige Schichtdicke ohne zu hohe Erwärmung der Kugeln erzielt werden. r;tw- nimmt das Verhältnis Volumen V / Oberflache 0 linear mit kleiner werdender Kugel ab, d.h. je kleiner die Kugel, umso höher muß sie erhitzt werden, um gleichdicke Schichten zu erreichen.
• Die Grösse, oder besser gesagt, die Kleinheit der Kugel hängt von der maximalen, vom Kunststoff noch verträglichen Erhitzungstemperatur ab.
• Aufgrund dieser Umstande wird das Feld der praktikablen möglichkeiten für optixmale Kugelgestaltung, Dicke der Schicht usw. begranzt. Als vorteilhaft hat sich eine kugelgröße von d = 0,2 bis 0,4 mm, eine Kunststoffschicht von 5 - 10 % von d, also 5 - 20 µm für die Metallgruppen Aluminium, Bronze und Stahl erwiesen. Dabei stellt sich ein Tragflächendurchmesser an der Lauffläche von-ca. G,7 d ein, was einen Tragflächenprozentsatz von 50 - 60 % ausmacht.
• Nach diesem Verfahren können auch in einfacher Weise Büchsen mit einseitigem und doppelseitigem Bund hergestellt werden.
• Es besteht auch die Möglichkeit, geschlitzte, vorzugsweise jedoch ungeschlitzte Büchsen aus Metallen und deren Legierungen mit und ohne Bunden als Stütze innen oder aussen zusätzlich vorzuschen und das poröse, mit Kunststoff umhüllte Metallpulver als Gleitschicht aufzuschmelzen. In diesem Faile werden solche metallischen Büchsen aus dünnen Blechen von 0,1 - 1,0 mm z.B.
• im Wickel- oder Fiefziehverfahren hergestellt, zur besseren Haftung des porörsen Lagerstoffes chemisch oder mechanisch aufgerauht und dann erfindungsgemäß mit dem nicht gesinterten, metalhschen, porösen Lagerwerkstoff versehen. Hierdurch kann die Steiflgkeit dieser Büchsen erheblich gesteigert, jede beliebige Wandstarke des Blechs im Gegensatz zum Bandsiterverfahren verwendet und Blechwerkstoffe gewählt werden, die je nach dem Verwendungszweck korrosionsbestandige oder sonstige Eigenschaften besitzen, die den Blechwerkstoff sehr teuer und daher eine dünne Wandstarke notwendig machen. Derartige Büchsen zeichnen sich durch wesentlich niedrigere hosten gegenüber dem i3andsinterverfahren aus.
• Derartige Büchsen sind hervorragend geeignet für oszilierende Bewegungen, z.B. Türscharniere bei Autos, und viele andere Anwendungsfälle auch für Drehbewegungen mit niedriger Belastung.
• Das in der Zeichnung dargesteilte Ausführungsbeispiel gibt die neue Kunststoffmetallverbindung in einer sehr starken Vergrößerung wieder.

Claims (12)

Patent- und Schutzansprüche

1. Poröse Kunststoffmetallverbindung bzw. darauf beruhender wenkste@@@ für Gleitilachen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vereindung aus einem metallpulver mit vorzugsweise globu-@arer Körnung und einem kunststoff, der die Korner mit einer @@nsisteffschicht @mschlleßt, bestent, und der @a@tverband durch ein Verschmelzen oder Verkleben der @@nststoffsch@@nteh und gegebenenfalls auch durch metal-@@senes verbinden der Körner untereinander hergesteilt wird.

2. @@nststoffmetallverbindung bzw. Werkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die körner des metallptlvers einen Durchmesser von 50 bis 1000 µm vorzugsweise von 200 bis 400 µm, besitzen.

3. @@nststoffmeta@@verbindung bzw. werkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das @etallpr@ver aus an sich bekannten @ageriegierungen wie Blei-@r@nze, @@@@@@@@@-Legierungen oder auch Eisenwerkstoffen honer @orr@sionssestandigkeit besteht.

4. Kunststoffmetallvereindung bzw. Werkstoff nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lagerlegierung aus einer Aluminiumlegierung mit bis zu 30 % Blei und oder 0,5 bis 15 % Zinn und oder 0,5 bis 5 % Silizium besteht.

5. Kunststoffmetallverbindung bzw. werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kunststoff, mit dem die @etallkorner unhüllt werden, aus Polyamiden, Polyathylenen, Polypropylenen, Polyvenylchloriden oder Tetrafluorathylenen und deren n e1er'ngen besteht, die Zusätze aus Metallpulver oder sonstigen die Reibund und den Verschleiß herabsetzenden bestandteile enthalten können.

6. Kunststoffmetallverbindung bzw. Wenkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstänke der die Metallkörner einhüllenden Kunststoffbezüge 5 bis 400 µm, vorzugsweise 5 bis 100 betragt.

7. Kunststoffmetallverbindung bzw. Werkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die metallkörner eine solche dichte kugelpackung bilden, die Kugeln sich in der sogenannten Oktaederebene unter 60° schneidenden Richtungen berühren.

8. Kunststoffmetallverbindung bzw. Werkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hohlräume zwischen den Metallkörnern teilweise oder ganz mit Kunststoff ausgerüllt sind und die so entstehenden Poren bis zu 50 % vorzugsweise 15 bis 30 % des Gesamtvolumens der Gleitschicht einnehmen.

9. Kunststoffmetallverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verbindung zur Versteifung durch eine metallische oder nichtmetallische, mave, gewebte oder poröse Unterlage gestützt wird.

10. Kunststoffmetallverbindung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die @nterlage als geschlitzts oder ungeschlitzte büchse o.dgl. aus metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen besteht und die Kunststoffmetallverbindung an der Innen- oder Außenseite verstarkt.

11. Kunststoffmetallverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Kunststoffkleber oder ein Kunststoff die Kunststoffmetallverbindung mit der meta@lischen Unteriage verbindet.

12. Kunststoffmetallverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, da@ Zur Aufrechterhaltung einer guten @chmierung die Poren der Kunststoffmetallverbindung mit einem Schmiermittel gefüllt sind und zun unterstützung der Schmiermittelzufuhr zusätzliche Ölreservoire in der metallischen oder nichtmetallischen Unterlage vorgesehen sein konnen.