DE1932001A1

DE1932001A1 - Lager und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE1932001A1
Application number: DE19691932001
Authority: DE
Inventors: Baker Alan Anthony
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-24
Publication date: 1970-01-22
Also published as: CH500399A; GB1279623A; FR2013366A1; CA920083A; BE735059A; JPS4838650B1

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HASBACH

8 MÜNCHEN 2, 24.Juni 1969 I2O9I - K/vM

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England. Lager und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Die Erfindung betrifft ein Lager und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen. Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines Lagers oder eines Teils hiervon in der Weise durchgeführt, daß eine Paser auf einem Formkörper aufgewickelt und gleichzeitig mittels eines elektrolytischen Ablagerungsverfahrens mit einem Überzugmaterial versehen wird, das wenigstens hauptsächlich aus Metall besteht.

Gemäß ©inem weiteren Merkmal der Erfindung bezieht das Lager aus einer aufgewickelten Faserverstärkung, die in einem Matrixmaterial eingebettet liegte wobei das Matrixmaterial hauptsächlich aus Metall besteht und durch ein Elektro-Ablagerungsverfahren aufgebracht wurde. Hierzu kann ein reines Metall, z.B. Platin, Kupfer oder Silber, oder eine Metallegierung, z.B. Kupfer oder Blei plus Zinn, Kupfer plus Platin usw., Verwendung finden, je nachdem, worauf die Elektroablagerung erfolgt.

Das Metall kann der einzige Bestandteil des Überzugs sein oder kann eine Matrix bilden, in der nicht-metallische Einschlüsse dispergiert sind. Diese Dispersionen können aus festem Schmiermittelmaterial, z.B. Molybdän, Disulphid oder Wolfram-Disulphid oder Polytetrafluoräthylen, bestehen.Stattdessen kann die Matrix auch aus einer porösen metallischen Masse bestehen, die abschließend mit einer Flüssigkeit oder einem halbflüssigen Schmiermittel imprägniert wird.

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Stattdessen kann der überzug ein Metall mit niedrigem Reibungskoeffizienten sein, um gute Lagereigenschaften zu erhalten.

Vorzugsweise wird das Uberzugsverfahren so durchgeführt, daß die aufgewickelten Pasern in einer kontinuierlichen Matrix aus Überzugsmaterial eingebettet sind. So können im Falle eines einfachen Wellenlagers die Fasern rund um eine zylindrische Oberfläche aufgewickelt werden, um eine zylindrische Hülse zu bilden.

Um einen überzug zu erzeugen, der Einschlüsse von festem Schmiermittel enthält, wird das Schmiermaterial vorzugsweise in den Elektrolyten in einer feinen Dispersion eingeführt. Diese Dispersion kann durch Rückströmungspumpen des Elektrolyten durch eine FiIteranordnung erhalten werden, um eine gleichförmige Strömung zu erzielen.

Dieses Verfahren kann auch benutzt werden, um eine aus einer Legierung bestehende Matrix zu erzeugen. Die Legierungsbestandteile werden in dem Elektrolyten dispergiert, so daß Partikel davon in der durch das Elektroverfahren gebildeten Matrix enthalten sind. Abschließend kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die Bestandteile zu diffundieren und die endgültige Legierung zu bilden.

Die Erfindung betrifft Wellenlager, Käfige und andere Teile für Rollkörperlager und die Erfindung bezweckt die Lösung von Aufgaben, die bei der Herstellung dieser Teile auftreten. Bei herkömmlichen Gleitlagern mußten zwei einander widersprechende Erfordernisse erfüllt werden. So muß das Lagermetall so weich sein, daß es abgeschliffene Partikel aufnehmen kann und außerdem so, daß eine gewisse Mißausrichtung aufgenommen werden kann, ohne die im Lager laufende Welle zu beschädigen, während das Lager selbst fest genug sein muß, um normalen dynamischen Belastungen widerstehen zu können, und es darf keine Ermüdungserscheinungen zeigen, so daß eine Beeinträchtigung durch die konstanten Perioden der Lagerbelastungen nicht zu befürchten 1st.

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Eine Lösung dieses Problems, die bereits vorgeschlagen wurde, bestand darin, einen Schichtenkörper zu verwenden, bei welchem das tatsächliche Lagermaterial als dünne Schicht auf einem dünnen, aber sehr festen Trägermaterial aufgebracht wurde. Unglücklicherweise führt die geringe Dicke des Überzuges zu der Gefahr, daß sie relativ leicht abgenutzt wird. Dann läuft die Welle auf dem harten Trägermaterial und wird hierdurch beschädigt. Außerdem ist diese Lösung nicht"zufriedenstellend, wenn hohe Temperaturen zu erwarten sind, da das Lagermaterial zum Wegschmelzen vom Träger neigt.

Eine andere Alternative zur Lösung dieses Problems besteht darin, Hochtemperaturlager aus Sintermetall zu benutzen, das mit festen oder mit flüssigen Schmiermitteln imprägniert wird. Das gesinterte Matrixmaterial ist aber im allgemeinen nicht sehr fest.

Gemäß der Erfindung besteht die als Lager oder Käfig benutzte Oberfläche aus einem Matrixmaterial, das entweder selbst ein Schmiermittel ist,oder einer Matrix aus einem schmiermittelähnlichen Material, wobei eine Verstärkung aus aufgewickelten Fasern vorgesehen ist. Die Matrix wurde auf das Fasermaterial durch ein ELektroablagerungsverfahren aufgebracht. So besteht das Lagermaterial aus einer Matrix, die weich sein kann öder Schmiermitteleinflüsse aufweisen kann und durch Faserstoffmaterial verstärkt ist, wobei das Fasermaterial aus Stahl oder irgendeinem festen Fasermaterial, z.B. Kohlenstoffasern, bestehen kann. So ist es möglich, nichtleitfähiges Material für die Faserverstärkung zu benutzen, wobei, falls erforderlich, eine Vorbehandlung des Fadens stattfindet, um ihm eine genügende elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Wie bekannt, werden Beanspruchungen von dem Matrixmaterial nach dem Verstärkungsmaterial derart tibertragen, daß sogar Matrixwerkstoffe relativ geringer Festigkeit eine ausreichende Festigkeit erhalten, wenn sie in Verbindung mit einer entsprechenden Faserverstärkung verarbeitet werden. Um die Druckfestigkeit der Lagermaterialien zu erhöhen, kann die Faser in flacher Bandform verwendet werden.

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Für Anwendungen bei niedriger Temperatur ist es normalerweise zu bevorzugen, eine Matrix aus weichem Material mit geringem Reibungskoeffizienten zu benutzen, während bei Hochtemperaturanwendungen vorteilhafter die Benutzung hochwärmefester Materialien zu bevorzugen ist. Dieses Material kann mit Schmiermitteleinschlüssen, z.B. in der Weise versehen sein, wie dies weiter unten beschrieben wird, oder das Material kann porös gestaltet sein, so daß öl oder Schmiermittel in dem Material durch Imprägnierung eingebracht werden kann. Poröse Materialien können speziell zweckmäßig gemacht werden durch Einstellung des Faserwickelprozesses und der Geschwindigkeit der Matrixablagerung, wodurch Räume zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Faser geschaffen werden können.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein trichterartig gestaltetes Reservoir 10 ist mit einer Elektrolytflüssigkeit 11 angefüllt. Je nach dem zur Verwendung kommenden und abzulagernden Material ändert sich die Beschaffenheit des Elektrolyten 11. Wenn Kupfer, Nickel oder Blei abgelagert werden, wird eine einfache Salzlösung, z.B, eine Sulphatlösung oder eine Fluorboratlösung benutzt, während bei schwierigeren Werkstoffen, z.B. Silber oder Kupfer-Zinn-Legierungen, komplexe Lösungen von Cyaniden udgl.erforderlich sind. Ein Filter 12 trennt den unteren Abschnitt des Reservoirs 10 von dem oberen Abschnitt. Der Filter 12 trägt eine gewisse Menge aus pulvrisiertem Material, das im Endprodukt als Einschluß in der durch Elektrobearbeitung gestalteten Matrix eingeschlossen sein soll. Dieses Material kann z.B. ein festes Schmiermittel sein, z.B. Molybdän-Disulphid oder Polytetrafluoräthylen. Bei dem speziellen Beispiel von Mo^bdän-Disulphid werden Partikel von einer Korngröße von etwa 1/um in einem Elektrolyten aus Kupfersulphat benutzt, um eine Kupfermatrix mit dispergiertem Molybdän-Disulphid zu erhalten.

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Um den Elektrolyten zu bewegen und die festen Partikel zu veranlassen, sich darin zu dispergieren, ist eine Rucks trompunipanordnung vorgesehen. Ein Rohr 1J5 führt Elektrolytflüssigkeit von dem oberen Abschnitt des Reservoirs 10 nach einer Pumpe 14. Die Pörderseite der Pumpe ist an ein zweites Rohr 15 angeschlossen* das die Flüssigkeit nach dem Bodenteil des Reservoirs 10 führt. Eine Zirkulation der Elektrolytflüssigkeit in den Bodenabschnitt des Reservoirs durch den Filter 12 hindurch, der eine Begradigung der Strömung unterstützt und nach dem oberen Abschnitt gewährleistet eine gute Dispersion der festen Partikel in dem Elektrolyten.

Der zur Herstellung des Lagers erforderliche Apparat wird in den Elektrolyten 11 im oberen Teil des Reservoirs 10 eingetaucht. Der Apparat besteht aus einem Rahmen 16, von dem eine Walze 17 gelagert wird, die elektrisch leitfähig ist und, wie durch die strichlierte Linie 18 angedeutet, mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die Walze 17 wird um ihre Achse von einem Motor 19 angetrieben, außerdem trägt der Rahmen 16 eine Führungsrolle 20.

Eine Spule 21 trägt aufgewickelt eine Kohlenstoffaser oder eine aus anderem geeigneten Material bestehende Faser und führt diese Kohlenstoffaser in verdrillter Form über die Rolle 20 und dann nach unten auf die angetriebene Walze 17· Des? Rahmen 16 lagert die Walze 17 und ist in den Elektrolyten eingetaucht.

Außerdem ist eine Kathode 22 in den Elektrolyten eingetaucht und mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbunden.

Im Betrieb wird das Kohlenstoffaserseil von der Spule 21 über die Zuführungsrolle 20 abgewickelt und auf der angetriebenen Walze 17 aufgewickelt. Bei Berührung der Walze 17 erfolgt eine negative Aufladung, weil die Walze 17 mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Demgemäß wird in bekannter Weise Metall aus der Lösung auf der Trommel und der Faser abgelagert, die rund um die Trommel herumgewickelt ist, so daß sich eine zylindrische Hülse ergibt, die aus umfangsmäßig verlaufenden

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Windungen aus Faserstoffmaterial besteht, das in einer größtenteils metallischen Matrix eingelagert ist.

Da die Molybdän-Disulphid-Partlkel sehr fein sind, sind diese in der Lösung dispergiert und sie können mit den Metallionen fortgetragen und in der metallischen Matrix eingeschlossen werden. So besteht die Matrix aus einem Metall mit dispergiertem festem Schmiermittel.

Es ist klar, daß das obige Verfahren.auch zur Herstellung komplizierter Formen benutzt werden kann, wie sie für Wellenlager oder für Käfige oder Einsätze von Käfigen für Rollelementlager W gebraucht werden.

Vorstehend wurden einzelne spezielle Materialien erwähnt. Es ist jedoch klar, daß eine Vielzahl anderer Materialien hierfür geeignet ist. So können z.B. Blei oder Zinn-Bleilegierungen für Niedertemperaturanwendung benutzt werden, und zwar mit Einschlüssen fester Schmiermittel, falls dies erforderlich ist, während Kupfer, Bronze oder Silber benutzt werden können, wenn eine Hochtemperatur—Anwendung erforderlich ist, wobei die gleichen Schmiermittel einschlüs se benutzt werden können. Als Verstärkungsfaser können Metalldrähte anstelle von Kohlenstoffasern benutzt werden oder stattdessen auch keramische Fasern.

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Claims

Patentansprüche-!

(Io Wer fahr en zur Herstellung eines Lagers oder von Teilen hiervon, dadurch gekennzeichnet _s daß eine Faser, auf einen Formkörper aufgewickelt wird^ und daß. gleichzeitig die aufgewickelte Paser mit einem Überzugsmaterial. versehen wird, wobei das Überzugsverfahren dureh eine elektrolytische Ablagerung erfolgt und der überzug wenigstens größtenteils aus Metall besteht«

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug so aufgebracht wird^ daß er die aufgewickelten Fasern in ©iner kontinuierlichen Matrix aus %_er2ugsmaterial einbettet „

3· Verfahren zur Herstellung eines Lagers nach den Ansprüchen oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug aus mehreren Bestandteilen besteht.

4. Verfahren nach Anspruch J₅ dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsverfahren durch Elektroablagerung aus einem Elektrolyten erfolgt, in welchen ein spezielles Material dispergiert ist, wobei das elektroabgelagerte Metall mit Ein-Schlüssen des speziellen Materials versehen ist.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion durch die Rückströmung des Elektrolyten durch ein poröses Filter aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das spezielle Material aus einem festen Schmiermittel besteht.

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7· Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß das spezielle Material aus einem Metall besteht, das schließlich eine Legierung mit dem durch Elektroablagerung abgelagerten Metall bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 7»

dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug abschließend einer Wärmebehandlung unterworfen wird, damit die Bestandteile ineinander diffundieren können.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter des Elektroahlagerungsprozesses so gewählt werden, daß ein poröser überzug auf der Faser geschaffen wird und daß dieser Überzug anschließend mit einem Schmiermittel imprägniert wird.

10. Lager,

dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer aufgewickelten Faserverstärkung besteht, die in einem elektrolytisch abgelagerten Matrixmaterial eingebettet liegt, und daß das Matrixmaterial wenigstens überwiegend aus Metall besteht.

11. Lager nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichne t , daß die Matrix ein Metall aufweist, in dem ein Schmiermittel dispergiert ist.

12. Lager nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel einen festen Aggregatzustand besitzt.

13". Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel aus Molybdän-Disulphid oder Wolfrara-Disulphid oder Polytetrafluoräthylen besteht.

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Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix porös ist und daß das Schmiermittel eine in der Matrix disperglerte Flüssigkeit ist.

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