DE2000632C2

DE2000632C2 - Gleitlagermaterial

Info

Publication number: DE2000632C2
Application number: DE2000632A
Authority: DE
Inventors: Thomas William Wickliffe Ohio Pietrocini; Milton Leonard Shaker Heights Ohio Selker
Original assignee: CLEVITE CORP CLEVELAND OHIO US
Current assignee: CLEVITE CORP CLEVELAND OHIO US
Priority date: 1969-01-13
Filing date: 1970-01-08
Publication date: 1982-05-27
Also published as: FR2031021A5; US3575787A; GB1230250A; DE2000632A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitiagermaterial auf der Basis Polyimid und mit Polytetrafluoräthylen und einem Lagermetall.

Es ist bekannt, Polytetrafluoräthylen als Lagermaterial zu verwenden. Hierbei hat es sich gezeigt, daß dieser Stoff einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen sehr geringen Kriechwiderstand hat. Polytetrafluoräthylen kann als Lagermaterial auch nur dann verwendet werden, wenn die Oberflächengeschwindigkeit nicht wesentlich über 30 m/Min, hinausgeht.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist schon vorgeschlagen worden, eine poröse Metallmatrix mit Polytetrafluoräthylen und einem Lagermetall zu tränken oder zu imprägnieren. In der Praxis hatte sich gezeigt, daß das Imprägnieren der Metallmatrix mit dem Lagermaterial schwierig ist und viel Zeit beansprucht. Schwierigkeiten entstehen auch durch die Berührung der Metallmatrix und der Welle, wobei die Lagerfläche angefressen wird und höhere Temperaturen entstehen, welche das Polytetrafluoräthylen nachtcilig beeinflussen.

Aus der DE-AS 11 98 547 geht bereits hervor, daß es auch bekannt war, Polyimidstrukturen als Lagermaierial zu verwenden. Speziell wird in der genannten Auslegeschrift ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern auf Polyimidbasis beschrieben, die auch für Lagerzwecke einsetzbar sein sollen und in speziellen Ausführungsformen u. a. auch feinverteilte Metalle oder Polytetrafluoräthylen enthalten können. Bei diesen bekannten Formkörpern handelt es sich jedoch in den besonderen Ausführungen um im wesentlichen homogene Materialien, bei denen die in feiner Verteilung vorliegenden Zusatzstoffe mit den großoberflächigen Polyimidteilchen innig vermischt sind, also in im wesentlichen gleichmäßiger Verteilung vorliegen.

Aus der Zeitschrift »Antriebstechnik« 6 (1967), Nr. 6, Seite 220, ist ferner ein sog. DU-Lager bekannt, bei dem eine etwa 25 μιη starke Deckschicht aus Blei und Polytetrafluoräthylen als Einlaufschicht auf eine auf ein Kupfersubstrat aufgesinterte Zinn-Bronze-Schicht aufgetragen ist. Hierdurch sollen die schädlichen Wirkungen der natürlichen Porosität der aufgesinterten Zinn-Bronzeschicht beim Einlaufen vermieden werden. Einerseits besteht hier der eigentliche, später tragende Lagerwerkstoff allein aus der Zinnbronze und zum andeien wird die Porosität der Zinnbronze als eine unerwünschte Eigenschaft angesehen.

Aus der US-PS 33 76 082 ist es schließlich noch bekannt, Metalle wie Blei, Zinn, Zink, Cadmium, Indium oder Gemische oder Legierungen dieser Metalle als

.15 Füllstoffe in Gleitlagerkunststoffen zu verwenden.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, ein speziell strukturiertes Gleitiagermaterial zu schaffen, welches einerseits die Vorteile einer Polyimidgrundstruktur ausnutzt, andererseits aber die Nachteile

⁴⁽¹ vermeidet, die durch eine Vermischung des Polyimids mit metallischen oder nichtmetallischen Zusatzstoffen entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gleitiagermaterial der eingangs bezeichneten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Grundkörper aus Polyimid mit makroskopischen, zur Gleitfläche hin offenen Vertiefungen bzw. Ausnehmungen versehen ist, die mit einem Gemisch aus Polytetrafluoräthylen und dem Lagermetall ausgefüllt

so sind.

Dieses Lagermaterial hat die Festigkeit eines zusammenhängenden Lagerkörpers. Das Polyimid hat eine natürliche Schmierfähigkeit und Tragfähigkeit, die beide vergleichsweise größer sind als bei einem üblichen metallischen Grundkörper, wenn die Temperaturen nicht zu hoch sind. Versuche nach der amerikanischen Standardprüfmethode D-648 ASTM haben gezeigt, daß auch solche Kunststoffe, die bei einer Belastung von etwa 19 kg/cm² eine verhältnismäßig hohe Verformungstemperatur haben, wie Phenylen-Oxid und Polysulfon, eine Lebensdauer von weniger als einer Stunde haben. Bekannte Kunststoffe wie beispielsweise reines Polytetrafluoräthylen und Polyamide sind ebenfalls ungeeignet, da ihre strukturelle Festigkeit nicht

f>5 genügt, um eine hohe Last zu tragen. Hierzu wird auch verwiesen auf »Machine Design — Reference Issue Plastics« vom 16. Juni 1966, Band 38, Nr. 14, S. 81 bis 83.

Die makroskopischen Ausnehmungen wie Höhlungen

oder Durchlöcherungen oder die Vertiefungen, beispielsweise in Form von Einprägungen können mit geringen Kosten mit einer Aufschlemmung des Gemisches gefüllt werden. Es ist nicht notwendig, das Imprägnieren oder Infiltrieren im Vakuum vorzunehmen, wie es nach dem Stande der Technik erforderlich war.

Es wurde ferner gefunden, daß Poiyimid hervorragende Gleiteigenschaften hat und in manchen Beziehungen Stahl ähnelt, der geschmiert ist. Das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial kann daher auch für Kraftwagen verwendet werden, wo häufig in der Kälte gestartet werden muß, ohne daß ein Ölfilm vorhanden ist

Weitere Versuche haben gezeigt, daß wesentliche Zusätze anderer Stoffe zu dem Grundkörper aus Polyimid die Verwendbarkeit erheblich beeinträchtigen. So wurde beispielsweise gefunden, daß eine Schicht aus Polyimid mit 30 Volumen-% eines Telomers von Polytetrafluoräthylen, das gleichmäßig in dem Polyimid dispergiert war, eine strukturell weiche Matrix ergibt, 2u die für hohe Belastungen ganz unbrauchbar ist.

Es wurde ferner gefunden, daß der Einsatz von Blei in dem Gemisch aus Polytetrafluoräthylen einen Abriebwiderstand ergibt, der ausnahmsweise gut ist. Augenscheinlich verringert das Blei den Abrieb. Das Blei trägt auch dazu bei, auf dem rotierenden Teil, z. B. einer Welle aus Stahl, eine Schicht zu bilden.

Die Ausnehmungen oder Vertiefungen können Durchlöcherungen oder Höhlungen sein. Es kann unter einem derart ausgebildeten Grundkörper aber auch ein Körper mit einer wabenförmigen, porösen oder ähnlich matrixartigen Zellstruktur verstanden werden, wenn die Höhlungen bzw. Vertiefungen makroskopisch sind und wenn die maximale Oberfläche des Gemisches nicht mehr als 40% der Oberfläche des Lagermaterials beträgt. Das Gemisch sollte aber mindestens 10 bis 15% der Oberfläche des Grundkörpers bedecken. Bei einem geringeren Überzug kann ein höherer Abrieb stattfinden, weil nicht genug des festen Schmiermittels vorhanden ist, um einen zusammenhängenden Film zu bilden.

Unter» makroskopisch« sollen Vertiefungen und/ oder Ausnehmungen mit Weiten oder Durchmessern von etwa 0,25 bis 6 mm verstanden werden. Die obere Grenze ergibt sich aus der Anwendung. Beim Unterschreiten der unteren Grenze von 0,25 min ergibt sich eine zu feine Verteilung, welche auch de;i Grundkörper aus Polyimid schwächt.

Die Zeichnungen zeigen einige beispielhafte Ausfühnjngsformen der Erfindung. Es stellt dar

Fi g. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials auf einem metallischen Träger;

Fig. 2 das Gleitlagermaterial in Form einer Lagerschale; ^r)5

Fig. 3 ein aus solchen Lagerschalen hergestelltes Lager;

Fig.4 bis 10 Gleitlagermaterialien in verschiedenen Ausführungsformen mit unterschiedlich ausgebildeten Lageroberflächen. e>o

Die Fig. 1 zeigt einen üblichen metallischen Träger 10 und einen Grundkörper 12 des Lagermaterials aus Polyimid. Der Grundkörper 12 ist verhältnismäßig dünn und hat vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,2 mm. Der Grundkörper ist mit dem vorzugsweise aus Stahl bestehenden Träger durch ein Klebemittel aus Kunststoff, wie Acryl-Epoxid, verbunden. Der Grundkörper 12 weist lochartige Vertiefungen auf. Die zahlreichen Vertiefungen 14 enthalten ein Gemisch 16 aus einem festen Schmiermittel in Form von Polytetrafluoräthylen und einem Lagermetall.

In der bevorzugten Ausführungsform besteht das Gemisch 16 aus etwa 50 Gew.-% Polytetrafluoräthylen und etwa 50 Gew.-% Blei. Das Blei kann auch in Form einer Legierung vorhanden sein, wobei die Legierungszusätze wie Cadmium, Gallium, Zinn und/oder Indium in Mengen von weniger als 10% zugegen sein können. Cadmium und Gallium werden vorzugsweise in Mengen von 3 Gew.-%, Indium in einer Menge von etwa 6Gew.-% und Zinn in einer Menge von etwa 6 bis 10Gew.-% verwendet Ebenso können auch Legierungen von Zink verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gemisch 16 aus dem Polytetrafluoräthylen und dem möglichst fein verteilten Lagermetall auf die Oberfläche des Grundkörpers aus Polyimid in einer dünnen Schicht aufgebracht, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,005 bis 0,05 mm.

Beispiel 1

Der Grundkörper 12 aus Polyimid wurde mittels einer Walze bei 220⁰C unter Verwendung eines Klebstoffes aus Acryl-Epoxid auf dem Metallträger 10 befestigt. Dann führte man eine metallische Walze mit Vorsprüngen über das Laminat, um die Vertiefungen 14 zu erzeugen. Diese können entweder in gleichmäßigen Abständen oder unregelmäßig angeordnet sein. Eine Aufschlämmung aus Polytetrafluoräthylen und Blei in einem flüssigen Bindemittel für Polyimid wurde auf die Oberfläche aufgebracht. Die Vertiefungen wurden ausgefüllt und eine Schicht des Gemisches von 0,005 bis 0,05 mm Dicke verblieb auf der Oberfläche. Dann härtete man 16 Stunden lang bei 95°, um einen Zusammenhang des Polyimids mit den anderen Stoffen zu gewährleisten.

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Lagermetall aus einer Legierung von 90 Gew.-% Blei und 10 Gew.-% Zinn bestand.

Beispiel 3

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Lagermetall aus piner Legierung von 94 Gew.-% Blei und 6% Indium bestand.

Die F i g. 2 und 3 zeigen eine typische Lagerschale 18 und ein typisches Lager 20, für welche das beschriebene Gleitlagermaterial verwendet wurde.

Die Fig. 4 bis 10 zeigen Lager 22 mit Vertiefungen verschiedener Art, die mit dem Gemisch 16 gefüllt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitlagermaterial auf der Basis von Polyimid und mit Polytetrafluorethylen und einem Lagermetall, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (12) aus Polyimid mit makroskopischen, zur Gleitfläche hin offenen Vertiefungen bzw. Ausnehmungen (14) versehen ist, die mit einem Gemisch (16) aus Polytetrafluoräthylen und dem Lagermetall ausgefüllt sind.

2. Gleitlagermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen Durchlöcherungen (14) des Polyimid-Grundkörpers (12) sind.

3. Gleitlagermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen eingeprägt sind.

4. Gleitlagermaterial nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 40% der gesamten Gleitfläche des Polyimid-Grundkörpers einschließlich der ausgefüllten Vertiefungen mit der Schicht des Gemisches (16) überzogen sind.

5. Gleitiagermaterial nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Grundkörpers (12) wenigstens teilweise mit einer 0,005 bis 0,05 mm dicken Schicht des Gemisches (16) überzogen ist.

6. Gleitiagermaterial nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch (16) aus etwa 50 Gew.-% Lagermetall und etwa 50 Gew.-% Polytetrafluoräthylen besteht.

7. Gleitiagermaterial nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall aus mindestens 90 Gew.-% Blei und/oder Zink und im übrigen aus zulegiertem Zinn, Gallium, Cadmium und/oder Indium besteht.

8. Gleitiagermaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall etwa 6 Gew.-% Indium enthält.

9. Gleitiagermaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall etwa 3 Gew.-% Cadmium enthält.

10. Gleitiagermaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall etwa 3 Gew.-% Gallium enthält.

11. Gleitiagermaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall etwa 6 bis 10 Gew.-% Zinn enthält.