DE2040468A1 - Gleitlagerwerkstoff - Google Patents

Description

KARL SCHMIDT GmbH Frankfurt /Main, 12. August 1970

7107 Neckarsulm DrQ/SL

Christlan-Scnmidt-Str. 8/12

Prov. Nr. 6538 KS

Gleitlagerwerkstoff

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerwerkstoff ohne M

Schmiermittelbedarf auf der Basis von Polytetrafluoräthylen.(PTFE).

Im allgemeinen Maschinenhaus im Feinmaschinenbau und im Apparatebau ist vielfach aus konstruktiven Gründen der Einbau von Gleitlagern mit stetiger ■Schmiermittelversorgung nicht möglich. In solchen Fällen müssen Gleitlager verwendet werden, die nur einmalig oder in gro-Ben Zeitspannen zu warten sind«, Es gibt ferner Lager« stellen, bei denen eine Schmierung wegen der Gefahr der Verschmutzung der umgebenden Teile oder wegen des Auftretens zu hoher Temperaturen unmöglich ist. Für sol« ehe Betriebsbedingungen sind Gleitlagerwerkstcffe, die . 4P häufig aus Kunststoffen mit guten Gleiteigenschaften bestehen^entwickelt worden»

Ein für die Gleitlagerfertigung wichtiger Kunststoff stellt das PTFE dar, das sich durch eine Kombination folgender Eigenschaften auszeichnet:

a) niedriger Reibungskoeffizient , )

b) großer Temperaturarbeitsberelch ...

c) chemische Beständigkeit

d) keine Wasseraufnähme

e) kein Verschweißen an den Kontaktstellen mit Metallen.

Die Verwendung von einem PTFE als Gleitlagerwerkstoff ist eingeschränkt durch dessen:

a) große Wärmeausdehnung

b) geringe Wärmeleitfähigkeit

c) Kaltfließen, d.h„, niedrige Belastbarkeit und geringe ^ Formtreue durch Nachwirken von Bearbeitungsspannungen W d) geringe Verschleißfestigkeit.

Zur Ausschaltung dieser Nachteile, aber unter Beibehaltung der guten Eigenschaften des PTFE, sind diesem einzeln oder gemeinsam Füllstoffe wie Metallpulver, Keramikpulver, Glasfasern, Kohle, Graphit oder dergleichen in verschiedenen Zusammensetzungen beigegeben (Antriebs— technik 7 (1968), Nr. 12, S. 447; VDI-Nachrichten 2/ 1968, Nr₆ 7, S. 11). Es zeigt sich, daß die Verschleißeigenschaften des mit einem oder mehreren Füllstoffen versehenen PTFE einige Größenordnungen besser als die des reinen PTFE sind. Auch die technischen Eigenschafflfc ten und die Druckfestigkeit sind gegenüber dem reinen PTFE wesentlich verbessert, doch können sie letzthin nicht mit den entsprechenden Werten eines Werkstoffs aus Bronze oder Stahl verglichen werden.

Eine weitere Möglichkeit, die bei der Verwendung des reinen PTFE auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen, besteht darin, eine dünne PTFE-Schicht auf einen vergleichsweise harten Werkstoff, z.B. Stahl, aufzutragen. Ist die Bindung zwischen der PTFE-Schicht und dem Stützwerkstoff gut, so kann man sich die guten Rei-Jjungseigenschaften des PTFE und die hohe Festigkeit, sowie gute Wärmeleitfähigkeit des Stützmaterials zu Nutzen machen. Dieser Werkstoff findet dort Verwendung,

wo die Lagerlauffläche großen Belastungen und aussetzenden oder gelegentlichen Bewegungen unterworfen ist (ATZ 62, 1960, Nr. 6, S. 154). In den Fällen aber, in denen dauernde Bewegung und wechselnde Belastung auftreten, besitzt ein derartiger Werkstoff nicht die erforderliche ausreichende Lebensdauer»

Es ist deshalb bekannt, auf eine Stahlstützschicht eine aus Bronzepulver bestehende Schicht porös aufzusintern und die Poren der Bronzeschicht in einem Walzprozess bei einer Temperatur von ca. 300° C vollständig aus einer M

Mischung aus PTFE (80 Vol.%) und Bleipulver (20 Vol.96) auszufüllen. Auf diese getränkte Bronzeschicht wird zusätzlich noch eine 10 bis 30 /um dicke Laufschicht aus dem PTFE-Bleigemisch aufgebracht (DT-PS 962 561, 966 156)»

Bekannt ist auch ein Gleitlagerwerkstoff, bei dem ein mit 27 Vol.% Bronze gefülltes PTFE in einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,5 mm auf ein Stahlband aufgebracht ist (DAS 1 504 327). Bei diesen beiden vorgenannten Gleitlagerwerkstoffen ohne Schmiermittelbedarf sind die guten Eigenschaften eines Metallagers im Hinblick auf Wärmeleitfähigkeit und Druckfestigkeit mit den ausgezeichneten Gleiteigenschaften des PTFE in sinnvoller W

Weise kombiniert.

Eine weitere Verbesserung der Gleiteigenschaften, insbesondere der Verschleißfestigkeit des PTFE wird erfindungsgemäß in der Weise erzielt, dätß das PTFE ein oder mehrere synthetische Polymere enthält, deren Temperaturarbeitsbereich wenigstens dem Temperaturarbeitsbereich des PTFE von -200° G bis +280° C entspricht. Die Zusätze betragen 5 bis 45 Vol.96, vorzugsweise 10 bis 40 Vol.96, insbesondere 15 bis 30 Vol.96.

- 4 -209808/1841

Als synthetische Polymere werden vorzugsweise Polypaaoxybenzol, wie es z.B. unter der Bezeichnung EKONOL im Handel ist, Polyphenylen, Polyaryltsulfon und Polyimid verwendet.

Die Gleiteigenschaften, insbesondere das Reibungsverhalten des erfindungsgemäßen Lagerwerkstoffs können durch einen oder mehrere geeignete Zusätze von Blei, Cadmium, Kupfer, Silber, Bronze, Zinn, Molybdänsulfid, Graphit, Kohle oder dergleichen im positiven Sinne beeinflußt werden.

Zur Erhöhung der Festheit können dem erfindungsgemäßen Gleitlagerwerkstoff einer oder mehrere der Stoffe Glasfasern, Asbest, Kieselgur, Siliciumcarbid, Aluminiumoxyd, Bornitrid, oder dergleichen zugesetzt sein.

Der erfindungsgemäße Gleitlagerwerkstoff kann zur Erhöhung der Festigkeit und Dauerfestigkeit mit einer metallischen Stützschicht verklebt oder auf ein mit einer porös aufgesinterten Bronzeschicht versehenes Stahlband aufgewalzt sein, wobei die Poren der Bronzeschicht ausgefüllt und über den Spitzen der Bronzeschicht eine zusammenhängende Laufschicht des Gleitwerkstoffs von 10 bis 100 /um Dicke vorhanden ist.

Ferner ist es möglich, anstelle einer metallischen Stützschicht lediglich ein Drahtgewebe zu verwenden, das in den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff eingebettet ist.

Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Gleitlagerwerkstoff zusätzlich mit handelsüblichen Schmiermitteln geschmiert werden.

- 5 —

209808/ 1841

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile, insbesondere die gegenüber dem Stand der Technik erreichte wesentliche Verbesserung der Verschleißfestigkeit soll im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt werden.

Ausführungsbeispiel 1: ■

Aus einem bekannten Gleitwerkstoff, bestehend aus einer 1,1 mm dicken Stahlschicht und einer porös darauf aufgesinterten 0,3 m dicken Bronzeschicht, deren Poren mit einem aufgewalzten PTFE-Blei-Gemisch (80/2} derart gefüllt sind, daß die Spitzen der Bronzeschicht mit einer 30 /um dicken zusammenhängenden Laufschicht des PTFE-Blei-Gemischs abgedeckt sind, wurden 4 Platinen der Größe 25 mal 35 mm ausgestanzt. Diese Platinen wurden 4 Laufstunden mit einer durch Federn erzeugten Belastung von jeweils 30 kg gegen eine mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s rotierende eine Rauhtiefe von 1 - 2 /um aufweisende Welle einer Prüfmaschine zur Bestimmung der den Gleitvorgang kennzeichnenden Größe gedrückt. Anschließend wurde für jede Platine die Abriebtiefe, die als Maß für die Verschleißfestigkeit anzusehen ist, gemessen. Der aus den 4 Meßwerten gemittelte Wert für die Abriebtiefe betrug 209 /um.

Ausführungsbeispiel 2:

Aus dem erfindungsgemäßen Gleitwerkstoff, der aus einer 1 mm dicken Stahlschicht und einer 0,3 mm dicken porös darauf aufgesinterten Bronzeehicht, in die eine PTFE- EKONOL-Gemiseh (80/20) unter Bildung einer 30 yum dicken zusammenhängenden Laufschicht über den Spitzen der

209*8^871641

Bronzeschicht eingewalzt ist, besteht, wurden vier 25 mal 35 mm große Platinen ausgestanzt. Diese Platinen wurden 4 Laufstunden mit einer durch Federn erzeugten Belastung von jeweils 30 kg gegen eine mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s rotierende eine Rauhtiefe von 1-3 /um aufweisende Welle einer Prüfmaschine zur Bestimmung der den Gleitvorgang kennzeichnenden Meßgröße gedrückt. Der anschließend aus den 4 Meßwerten für die Abriebtiefe errechnete Mittelwert betrug 48 /um.

Eine vergleichende Gegenüberstellung der Werte für Abriebtiefen der beiden Gleitlagerwerkstoffe zeigt eindeutig, daß die Verschleißfestigkeit des erfindungsgemäßen Gleitlagerwerkstoffs gegenüber einem in der Technik weit verbreiteten Gleitlagerwerkstoff wesentlich verbessert werden konnte.

— 7 _
Patentansprüche

209808/1641

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE

1) Gleitlagerwerkstoff ohne Schmiermittelbedarf auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, dadurch gekennzeichnet, daß dem PTFE ein oder mehrere synthetische Polymere, deren Temperaturarbeitsbereich wenigstens dem Temperaturarbeitsbereich des PTFE entspricht, zugesetzt sind.

2) Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusätze aus Polyparaoxybenzol, wie es z.B. unter der Bezeichnung EKONOL im Handel ist, Polyphenylen, Polyarylsulfon und Polyimid bestehen.

3) Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze 5 bis 45 vorzugsweise 10 bis 40 Vo 1.96, insbesondere 15 bis 30 Vol.% betragen.

4) Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch Zusätze von einem oder mehreren der Stoffe Blei, Cadmium, Kupfer, Silber, Bronze, Zinn, Molybdänsulfid, Graphit, Kohle oder dergleichen.

5) Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch Zusätze von einem oder mehreren der Stoffe Glasfasern, Asbest, Kieselgur, Siliciumcarbid, Aluminiumoxyd, Bornitrid oder dgl.

6) Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit einer metallischen Stützschicht verbunden ist.

209808/164 1 ....

7) Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser auf eine metallische Stützschicht aufgeklebt ist.

8) Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser auf ein mit einer porös aufgesinterten Bronzeschicht versehenes Stahlband so aufgewalzt ist, daß die Poren damit gefüllt und zusätzlich eine zusammenhängende Laufschicht von 10 bis 100 um Dicke über den Spitzen der Bronzeschicht vorhanden ist.

9) Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen ein Drahtgewebe eingebettet ist.

209808/1641