DE1932343A1

DE1932343A1 - Gleitlager mit Laufschicht aus vorzugsweise mit Metallpulver gefuelltem Polytetrafluoraethylen und Verfahren zur Herstellung derartiger Gleitlager

Info

Publication number: DE1932343A1
Application number: DE19691932343
Authority: DE
Inventors: Hodes Dipl-Chem Erich
Original assignee: GLYCO METALL WERKE; Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: GLYCO METALL WERKE; Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority date: 1969-06-26
Filing date: 1969-06-26
Publication date: 1971-01-07
Also published as: FR2051392A5; GB1265140A; DE1932343B2

Description

1932343 PATENTANWALT DIPL-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Rheinstraße 121 · Postfach 670 · Telefon 30 34 59 Postscheck Frankfurt/Main 181008* · Bank Deutsche Bank 3 956372

Wiesbaden, den

Mein Zeichen: G- 236 S/dp

Glyco-Metall-Werke

Daelen & Loos GmbH

62 Wiesbaden-Schierstein

Gleitlager mit Laufschicht aus vorzugsweise mit Metallpulver gefülltem Palytetrafluoräthylen und Verfahren zur Herstellung derartiger Gleitlager

Die Erfindung bezieht sich auf Gleitlager mit Laufschicht aus vorzugsweise mit Metallpulver gefülltem Polytetrafiuoräthylen und beigemischtem Bindemittel. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung derartiger Gleitlager.

Es sind Gleitlager und Verfahren zu deren Herstellung bekannt, deren Laufschient aus porösem Metallgerüst und einer füllung dieses Metallgerüstes mit Polytetrafluoräthylen allein oder in Verbindung mit metallischem Blei, Indium, Thallium oder Cadmium besteht. Diese bekannten Gleitlager vermögen ohne Zusätze an Schmiermittel, also wartungsfrei zu arbeiten. Zur Herstellung derartiger Gleitlager ist es bekannt, zunächst ein Me- . tallgerttat auf einen metallischen Stützkörper aufzusintem

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und dann Polytetrafluoräthylenpulver oder ein Gemisch von Polytetrafluoräthylenpulver und Metallpulver in Form eines Pulvera, einer Paste, einer Dispersion oder als Folie auf das Metallgerüst aufzubringen und unter Zuhilfenahme von Druck und Temperatur in das poröse Metallgerüst einzubringen. Diese bekannten Lager haben den Nachteil, dass nach dem Abtragen der dünnen, über das poröse Metallgerüst hinausgehenden Schicht " das Metallgerüst in zunehmendem Maß frei wird und entsprechend in zunehmendem Maß starken Verschleiße am Gegenläufer hervorruft· Die Herstellungsweise dieser bekannten Lager ist besonders aufwendig, da zunächst ein poröses Metallgerüst auf dem. Stützkörper erzeugt und dieses poröse Metallgerüst mit Polytetraf luoräthylen bzw. mit einem Gemisch von Polytetrafluor-* äthylen und Metallpulver gefüllt werden muss.

Es ist auch bekannt, Gleitlager mit einer mit Metallpulver gefüllten Polytetrafluoräthyleniaufschicht in der Weise herzustellen, dass Polytetrafluoräthylenpuiver mit entsprechenden Metallpulvern gemischt auf einem metallischen Träger aufgesintert wird. Bei solchen Lagern ist aber die Haftfestigkeit zwischen dem Stützkörper und der Lagerlaufschicht mangelhaft._r Es ist auoh bereits versucht worden, die Haftfestigkeit der Laufsohlcht bei den auf diese Weise hergestellten Gleitlagern zu verbessern, indem wärmehärtende Harze als Bindemittel dem Gemisoh von Polytetrafluoräthylenpulver und Metallpulver beigemisoht wurden. Biese wärmehärtenden Harze ergeben zwar ■';'■■ ■ ;■:■ - ■ .-■ ."■"'. ■■'■'.■.■■■■■ -■.■; -J .■-■'"■ - Ϊ--

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eine wesentlich festere Bindung zwischen den iolytetraflueräthylen- und Metallteilchen innerhällj der lauf schicht und auch eine wesentlich bessere Bindung zwischen der IaUfschicht und dem Stützkörper. Das wärmehärtende Harz hat aber den Nachteil, dass es die Lagereigenschaften der Laufschicht so wesentlich verschlechtert, dass derartige Gleitlager nicht mehr ohne Schmierung .betrieben werden, können» Man hat zwar auch schon bei -derartigen Lagern flüssige Schmiermittel in die Lagerlaufschicht eingebettet. Hierdurch werden aber wiederum die Festigkeit der Laufschicht und die Bindung der Teilchen innerhalb der Laufschicht und die Bindung der Laufschicht an den Stützkörper wesentlich beeinträchtigt.

Es ist auch bereits bekannt, Gleitlager mit einer mit Metallpulver, insbesondere Bronzepulver, gefüllten Tetrafluoräthylen-Lauf schicht in der Weise herzustellen, dass zunächst ein Gemisch von Polytetrafluoräthylenpulver und Metallpulver, insbesondere Bronzepulver, zu einem Block zusammengesintert wird, und dass dann von diesem Block Folien geschnitten und mittels Haftvermittler auf dem Stützkörper des Lagers befestigt werden. Die auf diese Weise hergestellten Gleitlager haben gute Lagereigenschaft enj sie vermögen insbesondere wartungsfrei zu arbeiten. Die Herstellungsweise dieser bekannten Lager ist aber besonders aufwendig, da neben dem besonderen Herstellungsgang der Folien auch das Verbinden dieser Folien mit dem Stützkörper erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Man hat als Haftvermittler in diesem Zusammenhang bereits Folien aus einem

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Copolymer von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen benutzt, iDrotzdem ist aber das Verbinden der Lagerlaufschicht mit dem Stützkörper nach wie vor besonders schwierig und teuer.

Demgegenüber, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Gleitlager zu schaffen, deren LaufSchicht auf der Grundlage von Polytetrafluoräthylen zu schaffen, die sich durch besonders gute Lagereigenschaften und vor allem die Möglichkeit des wartungsfreien Betriebes auszeichnen und die sich trotzdem verhältnismässig leicht und billig herstellen lassen. Insbesondere sollen der niedrige Reibungskoeffizient des Polytetrafluoräthylen und dessen hohe Korrosionsbeständigkeit sowie thermische Belastbarkeit ausgenutzt werden. Bei alle dem soll die im wesentlichen aus Polytetrafluoräthylen aufgebaute Laufschicht eine besonders grosse Haftfestigkeit zum metallischen Stützkb'rper aufweisen.

Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass das in die Laufschicht aufgenommene Bindemittel zugleich als Haftvermittler zu der die Laufschicht tragenden Oberfläche des Lagerrückens mindestens eine im wesentlichen thermoplastische Verbindung aus der Gruppe von Polytrifluorchloräthylen, Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid, insbesondere ein thermoplastisches Copolymer aus !Detrafluoräthyien und Hexafluorpropylen ist. Durch die Erfindung wird eine besonders gute Haftfähigkeit der Laufschicht auf der Oberfläche des Lagerrtiokens erreicht. Zugleich werden die durch das Polytetrafluoräthylen

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bestimmten guten Laufeigenschaften der Lagerlaufschicht durch . das Bindemittel bzw, den Haftvermittler nicht beeinträchtigt. Das zugleich als Haftvermittler benutzte thermoplastische Bindemittel hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit, die derjenigen des Polytetrafluoräthylen entspricht. Schliesslich ist die Herstellungsweise von Gleitlagern gemäss der Erfindung wesentlich gegenüber den bekannten Herstellungsweisen für vergleichbare Gleitlager vereinfacht und verbilligt. Durch die thermoplastische Eigenschaft des Bindemittels und Haftvermittlers wird unter thermischer Belastung des Lagers die Bindung innerhalb der Laufschicht und die Bindung zum Lagerrücken eher geschmeidiger und verbessert als versprödet oder in anderer Weise verschlechtert^ wie dies bei den bisherigen Lagern mit Polytetrafluoräthylenlaufschicht, insbesondere Polytetrafluoräthylenlauf schicht mit wärmehärtendem Harzzusatz der Pail war.

Die Herstellung eines Gleitlagers gemäss der Erfindung erfolgt in der Weise, dass die Laufschicht durch Zusammensintern eines Gemisches von Polytetraflüoräthylenteilchen, ggf. Metallteilchen, vorzugsweise etwa gleicher Korngrösse, wie die Polytetra-

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fluoräthylenteilohen und thermoplast Kunststoffteilchen mindestens einer Verbindung aus der Gruppe Polytrifluorohloräthylen, Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid, insbesondere leuchen eines thermoplastischen Copolymers aus üfetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen gebildet und ohne zusätzliche Kleber oder Bindemittel mit dem Lagerrüoken verbunden wird.

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,."Λ ' ' '.' - - "■. ■■■' -■'. ⁶ - - "^: '■"'■ ■■'■■ v- ■■' ■'-:■-" -Das Gemisch, kann in Pulverform oder in Form einer Paste oder in Form einer Dispersion auf den Lagerrücken aufgebracht und dort zur Laufschicht zusammengesintert und gleichzeitig unter Anwendung von Druck und Temperatur verdichtet und mit dem Lagerrücken fest verbunden werden. Es ist aber auch, möglich., das Gemisch, zunächst zu einer Folie zusammenzusintern und nach Auflegen dieser Folie auf den Lagerrücken unter Anwendung von Druck und Temperatur zur Lagerlaufschicht zu verdichten und fest mit dem Lagerrücken zu verbinden.

Im Rahmen der Erfindung bietet sictyiuch eine abgewandelte Herstellungsweise derart, dass eine Haftvermittlerschicht aus mindestens einer thermoplastischen Verbindung aue der Gruppe von Polytrifluorchloräthylen, Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid, insbesondere aus thermoplastischem Copolymer aus fetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen in Form von Pulver oder Paste oder einer Dispersion· auf den Lagerrücken gebracht und aufgesintert wird und dass auf diese Haftvermittlerschicht eine Schicht aus Polytetrafluorätbylenteilchen und ggf. Metallteilchen, ggf. in Mischung mit einer der obengenannten thermoplastischen Verbindungen aufgesintert oder porös gesinterte Folie; aus Polytetrafluoräthylen ggf. gefüllt mit Metallteilchen aufgesintert wird und dass dann diese beiden Schichten unter Anwendung von Druck und Temperatur zur Bildung einer einheitlichen Lagerlaufschicht ineinander verdichtet werden.

In bevorzugter Ausführungsweise des Verfahrens gemäss der Erfindung wird thermoplastisches, bei etwa 285⁰C schmelzendes

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Copolymer aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen als Bindemittel und Haftvermittler benutzt.

Zum "besseren Verständnis der Erfindung werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung -zeigen;

Pig. 1 einen Schnitt durch einen für die Herstellung von Gleitlagern vorgesehenen Verbundmaterialstreifen und

Pig. 2 einen nochmals wesentlich vergrösserten Schnitt nach

der linie II-II der Fig. 1. . ^v

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist eine Lagerlaufschicht 1 auf einem Stahlrücken 2 angebracht. Die Lagerlaufschicht 1 ist, wie Fig. 2 zeigt, im wesentlichen aus zusammengesinterten Polytetrafluoräthylenteilchen 3 aufgebaut, die im wesentlichen längliche Form haben. Die Teilchengrösse kann bei etwa 30 bis 50 /u sein. Diese im wesentlichen aus Polytetrafluoräthylen aufgebaute Laufschicht 1 ist mit Metallpulverteilchen 4, und izwar Bronzeteilchen von etwa gleicher Grosse wie die Polytetrafluoräthylenteilchen 3, jedoch mit spratziger Form gefüllt. Die zwischen den Metallteilchen 4 und den Polytetrafluoräthylenteilchen 3 verbleibenden Zwischenräume 5 sind mit einem thermoplastischen Bindemittel, vorzugsweise einem thermoplastischen Copolymer aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen angefüllt. Wie Fig. 2

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ζeigt, ist die Anordnung der Polytetrafluoräthylenteilchen 3 und Metallteilchen 4 nach der freien. Oberfläche 6 der Lagerlaufschicht 1 hin dichter, während nach dem Lagerrücken 2 hin die Zwischenräume 5 grosser werden. Dadurch ist das in den Zwischenräumen 5 enthaltene Bindemittel gleichzeitig als Haftvermittler zu dem Lagerrücken 2 wirksam und gewährleistet so eine sichere feste Bindung zwischen der Lagerlaufschieht 1 und dem Lagerrücken 2. Trotzdem erstrecken sich die Zwischenräume 5, wie Fig. 2 zeigt, aber auch bis in die freie Oberfläche 6, also die Lagerlauffläche, so dass auch dort noch thermoplastisches Bindemittel vorhanden ist. Das gemäss der Erfindung zu benutzende und gleichzeitig als Haftvermittler anzuwendende Bindemittel ist aber in seinen Korrosionseigenschaften und seinen Reibungseigenschaften dem Polytetrafluoräthylen so stark angeglichen, dass durch das in der Lauffläche 6 vorhandene BiHdB-" mittel keine Terschlechterung der Lagereigenschaften eintritt. Das Lager kann trotz des in seiner Laufschicht 1 enthaltenen Bindemittels vollständig wartungsfrei betrieben werden. Die vielfach angenommene besonders günstige Wirkung von Gleitlagern mit Polytetrafluoräthylen-Laufschicht, wonach sich auf dem Lagerzapfen das von der Lauffläche 6 abgebaute Polytetraflouräthylen zu einer dünnen, geschlossenen Schicht aufbaut, kann durch den auch noch in der Äiffläche 6 vorhandenen Haftvermittler wesentlich verbessert werden, da dieser Haftvermittler auch am Lagerzapfen den Aufbau einer gleichmässigen glatten Schicht aus Polytetrafluoräthylen begünstigt.

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Zwei·Ausführungsbeispiele zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung werden im folgenden im einzelnen erläutert.

Beispiel 1:

Zu einer 60 Gew. $ Feststoff enthaltenden wässrigen Dispersqn eines Copolymersraue Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen, dessen Schmelzpunkt bei 285°C liegt, werden Polytetrafluoräthylen mit länglicher und Zinn-Bleibronze mit spratziger Teilchenform unter Verwendung eines Dispersionsmittels so zugemischt, dass eine spritzfähige Mischung folgender Zusammensetzung entsteht:

16 Gew..# eines Copolymers aus Tetrafluoräthylen und

Hexafluorpropylen

34. Gew. ^ Polytetrafluoräthylen

50 Gew. ^ Zinn-Bleibronze (80 j6 Cu, 10 $> Sn, 10 i> Pb).

Die in obigem Fall bevorzugte Teilchengrösse lag in allen Fällen bei 35 /U·

Die Mischung wird durch Spritzen auf einen Stahlträger, der eine durch Strahlen erzeugte Rauhigkeit von 30 /u aufweist und sorgfältig entfettet ist, zu einer Schichtdicke von.0,4 mm gleichmässig aufgetragen. Das so beschichtete Stahlblech wird zunächst auf 100⁰C, dann auf 26O^QC erhitzt und äie Gleiteohicht

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anschliessend bei 330⁰C unter Druck gesintert. Abschliessend wird der Verbundwerkstoff auf eine Temperatur unterhalb 285⁰C abgekühlt, >

Sie auf die beschriebene Weise aufgetragene Gleitschicht zeigt eine sehr gute Haftfestigkeit zum metallischen Träger. Die aus dem Verbundwerkstoff hergestellten Gleitlager weisen sehr gute Gleiteigenschaften auf und sind wartungsfrei«

Beispiel 2;

Auf einen durch Strahlen aufgerauhten und entfetteten metallischen !Träger, im vorliegenden Fall Stahl, mit einer Rauhigkeit von etwa 30. Ai₉ wird ein pulverförmiges Gemisch eines Copolymers aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen mit kugeliger sowie Polytetrafluoräthylen mit kugeliger und Zinnbronze mit spratziger ieilchenform zu einer gleiohmässig dicken Sehiont von 0,4 mm aufgestreut.

Das Gemisch weist nachfolgende Zusammensetzung auf:

30 Gew. # Poljrtetrafluoräthylen

4-0 Gew. $> Zinnbronze (90 $> Cu, 10 $ Sn). 30 Gew. ^ Copolymer

Die im vorliegenden Fall bevorzugte Teilchengrösse lag in allen Fällen bei 35 /U.

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Das gleichmässig aufgetragene Pulvergemisch wird zunächst bei 285⁰C, dem Schmelzpunkt des Copolymers, vorverdichtet, anschliessend "bei 380⁰C unter Druck gesintert und auf Temperaturen unter 285⁰G abgekühlt.

Die auf die beschriebene Weise hergestellte Gleitschicht weist eine sehr gute Haftfestigkeft zum metallischen Träger auf. Die aus dem YerbundWerkstoff hergestellten Gleitlager zeigen sehr gute Gleiteigenschaften und sind wartungsfrei.

Alle in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung niedergelegten Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.

Patentansprüche;

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Claims

193234,3 PATENTANWALT DIPL-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Rheinstraße 12l · Postfach 670 - Telefon 30 34 59 '

Postschedc Frankfurt/Main 181008 · Bank Deutsche Bank 3 956372

Patentansprüche

(i. ^Gleitlager mit laufschient aus vorzugsweise mit Ketallpulver gefülltem Polytetrafluoräthylen und beigemischtem .Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (5) zugleich als zwischen der Laufschicht (1) und der sie tragenden Oberfläche des Lagerrückens (2) wirkender Haftvermittler mindestens eine im wesentlichen thermoplastische Verbindung aus der Gruppe von Polytrifluorchloräthylen, Polyvinylfluorid* oder Polyvinylidenfluorid, insbesondere ein thermoplastisches Copolymer aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropyleii ist.

2.) Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die· Lauf schicht durch äusarameii— sintern eines Gemisches von Polytetrafluoräthylenteilchen, ggf. ketallteilchen vorzugsweise etwa gleicher Korngrösse wie die Polytetrafluoräthylenteilchen und thermoplastischen Künststoffteilchen mindestens einer Verbindung aus der Gruppe von Polytrifluorchloräthylen, Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid, insbesondere .!Deilchen eines thermoplastischen Copolymers aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen gebildet und ohne zusätzliche JELebe- oder Bindemittel Lagerrücken verbunden wird. ^; '. ■ ■_-" ■■■ - V .- ' ■ ■' - ■-■■ ■■ .■'■■ ■'■- :<:' - 2 - -

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3.) Verfallren nach. Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch in Pulverform oder in Form einer Paste oder in Form einer Dispersion auf den Lagerrücken aufgebracht und dort zur Laufschicht zusammengesintert und gleichzeitig unfer Anwendung von Druck und Temperatur verdichtet und mit dem Lagerrücken fest verbunden wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zunächst zu einer Folie zusammengesintert und nach Auflegen dieser Folie auf den Lagerrücken unter Anwendung von Druck und Temperatur zur Lagerlaufschicht verdichtet und fest mit dem Lagerrücken verbunden wird.

5.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftvermittlerschicht aus mindestens einer thermoplastischen Verbindung aus der Gruppe von Polytrifluorchloräthylen, Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid, insbesondere aus thermoplastischem Copolymer aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen in Form von Pulver oder Paste oder einer Dispersion auf. den Lagerrücken gebracht und aufgesintert wird und dass auf diese Haftvermittlerschicht eine Schicht aus Pölytetrafluoräthylenteilchen und ggf« Metaliteilchen und ggf. in Mischung mit einem Copolymer aus Tetrafluoräthylen porös aufgesintert oder eine poräse gesinterte Folie aus Polytertrafluoräthylen, ggf. gefüllt mit Metallteilchen aufgelegt wird und dass die aufgelegte poröse Schicht unter Druck und Temperatur zur Bildung einer einheitlichen Lagerlaufschicht in die Haftvermittlerschicht hineingedrückt und verdichtet wird.

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6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastis.ch.es, bei etwa 285 G schmelzendes Copolymer aus ÜJetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen als Bindemittel und Haftvermittler benutzt wird.

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