DE2121477C3

DE2121477C3 - Lagerwerkstoff

Info

Publication number: DE2121477C3
Application number: DE19712121477
Authority: DE
Inventors: Andrej Nikiforovitsch Moskau Filippov
Original assignee: CENTRALNYJ ORDENA TRUDOVOGO KRASNOGO ZNAMENI NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ AVTOMOBILNYJ I AVTOMOTORNYJ INSTITUT MOSKAU
Current assignee: CENTRALNYJ ORDENA TRUDOVOGO KRASNOGO ZNAMENI NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ AVTOMOBILNYJ I AVTOMOTORNYJ INSTITUT MOSKAU
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2121477B2; DE2121477A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lagerwerkstoff mit einem Anteil von Graphitpulver von 21 bis 76 Gewichtsprozent, einem Phenolharz als Bindemittel und ggf. einem Anteil des Pulvers eines duktilen Buntmetalls bis 60 Gewichtsprozent. Ein solcher Lagerwerkstoff ist aus der US-Patentschrift 74 215 bekannt.

Dieser bekannte Lagerwerkstoff wird empfohlen zur Herstellung von Scheiben, welche die hohen Druckbelastungen in Drehgestellagerungen von Eisenbahnwagen aufnehmen sollen. Nachteilig ist bei diesem Lagerwerkstoff die nicht besonders gute Formgebbarkeit, die sich insbesondere darin äußert, daß beim Warmpressen von Lagerwerkstoffteilen das Material nicht gut fließt und die Form nicht gut ausfüllt. Außerdem ist der bekannte Werkstoff weniger geeignet zum Einsatz bei hohen Gleitgeschwindigkeiten, weil er hierbei zum Aufschmieren neigt. Schließlich ist der bekannte Lagerwerkstoff nicht gut geeignet zum Einsatz in aggressiven und flüssigen Medien und unter den Bedingungen halbtrokkener Reibung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Lagerwerkstoffes, der eine gute Formbarkeit und Fließfähigkeit bei der Herstellung von Formteilen besitzt, wobei die hergestellten Teile sich durch hohe Verschleißfestigkeit auszeichnen, insbesondere auch in aggressiven Medien, beim Einsatz in NahrungsflUssigkeiten und unter den Bedingungen halbtrockener Reibung.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient, ausgehend von

einem Lagerwerkstoff der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß ein Graphit-Bindemittel-Anteil von 30 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, von welchem das Bindemittel 20 bis 30 Gewichtsprozent ausmacht, wobei im Bindemittelanteil mit 3 Gewichtsprozent vom Bindemittelanteil Zusätze, nämlich Hexamethylentetramin, Stearin und Kalziumhydroxyd, vertreten sind, ferner ein Phenolanilinformaldehydharz-Anteil von 5 bis 40 Gewichtsprozent,

Ό bezogen auf das Gesamtgewicht

An sich ist aus der US-Patentschrift 33 46 490 ein Lagerwerkstoff bekannt mit 30 bis 78% Graphit, 5 bis 15% Asbestfasern und 2 bis 20% eines hitzebeständigen, wärmehärtenden Harzes, dessen nähere Zusammensetzung allerdings nicht angegeben ist Demgegenüber findet beim erfindungsgemäßen Material als Bindemittel des Graphits speziell Phenolformaldehydharz in einer Menge von 20 bis 30%, bezöge ι auf die Bindemittel-Graphitmenge, Anwendung. Hinzu kommen beim Erfindungsgegenstand 5 bis 40% Phenolanilinformaldehydharz und bis zu 60% Buntmetallpulver.

Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzimg gewährleistet die Vergrößerung des Bindemittelanteils im Graphit ein gutes Fließen des Werkstoffs beim Warmpressen und damit eine gute Ausfüllung von Preßformen und in Kombination mit dem Phenolanilinformaldehydharz bewirkt das Bindemittel eine gute Erosionsfestigkeit der Lagerwerkstoffwerkstücke beim Einsatz in Flüssigkeiten.

Ähnlich ist der Abstand des erfindungsgemäßen Werkstoffs vom Gegenstand der französischen Patentschrift 15 85 880, in welcher ein Lagerwerkstoff beschrieben ist mit 10 bis 40% Phenolphthaleinformaldehydharz, 8% Mineralpulver, 30% Fasermaterial, 10% Epoxydharz und als Rest Molybdändisulfid. Demgegenüber sind im Erfindungsgegenstand nicht 8% eines Mineralpulvers, sondern 21 bis bis 76% Graphitpulver, also ein erhöhter Prozentsatz Graphit, enthalten. Des weiteren ist als Bindemittel des Graphits speziell Phenolformaldehydharz in einer Menge von 20 bis 30% vom Graphit-Bindemittei-Gewicht vorhanden, und es kann Buntmetallpulver zugegeben sein.

Ähnliches gilt bezügliches des Gegenstandes der französischen Patentschrift 13 10 741, nach der ein Lagerwerkstoff aus 45% Formaldehydharz, 10% Graphit, 10% Bleipulver und 35% Polytetrafluoräthylen bestehen kann. Auch dieser Lagerwerkstoff ist schon angesichts des geringen Graphitanteils nicht mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu vergleichen, bei der Polytetrafluoräthylen völlig fehlt.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, der Zusammensetzung ein Schleifmittel in Form eines feindispersen Pulvers in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, zuzugeben. Dieses Schleifmittel kann Talk oder auch Glas sein. Dies ergibt eine verbesserte Verschleißfestigkeit.

An sich aus ist aus der deutschen Patentschrift 7 67 040 gemahlener Quarzsand als Füllmittel eines gepreßten, für gleitende Beanspruchung bestimmten Materials bekannt. Hier geht es jedoch nicht um die vorliegend vorausgesetzte Zusammensetzung, und auch der vorgeschlagene Anteil ist dieser Quelle nicht zu entnehmen.

Talk als Füllmittel bei geformten Polyamidgegenständen kann noch der deutschen Auslegeschrift 12 22 668 als bekannt entnommen werden. Die Zusammensetzung und Zweckbestimmung dieser Gegenstande hat jedoch

mit dem vorliegenden Lagerwerkstoff nichts zu tun.

Eine Glasbeimischung zu einem Gleitelement aus Polytetrafluoräthylen ist an sich aus der schweizerischen Patentschrift 3 66 697 bekannt, wobei die prozentuale Zusammensetzung allerdings nicht angegeben ist Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die vorausgesetzte Grundzusammensetzung eine wesentlich andere.

Eine besonders zweckmäßige konkrete Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Lagerwerkstoffs für to Teile zum Einsatz in flüssigen Medien, insbesondere zur Paarung mit gußeisernen Teilen, ist gekennzeichnet durch einen Graphit-Bindemittel-Anteil von 50 Gewichtsprozent, von welchem Anteil das Bindemittel 22 Gewichtsprozent ausmacht, ferner durch einen Bleipulver-Anteil von 39 Gewichtsprozent, einen Phenolanilinformaldehydharzanteil von 10 Gewichtsprozent und einen Talk-Anteil von 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht.

Vorteilhafte Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Werkstoffs sind Stirndichtungsringe und Lager von Wasserpumpen von wassergekühlten Verbrennungsmotoren, Lagerteile in Verdichtern und Pumpen in der Lebensmittel- und Textilindustrie sowie für Haushaltsgeräte.

Zur Herstellung des vorgeschlagenen Lagerwerkstoffs wird aus thermoplastischen Phenolformaldehydharz, Hexamethylentetramin, Stearin bzw. Kalziumstearat und Kalziumhydroxyd durch Vermischung der erwähnten Komponenten in einer Kugelmühle bei einer Temperatur von höchstens 40⁰C im Laufe von 3 bis 4 Stunden ein Gemiscn zubereitet

Das erwähnte Phenolformaldehyc^arz gewinnt man durch Kondensation von Phenol mit Formaldehyd in Anwesenheit eines sauren Katalysator z. B. Salzsäure bei einem entsprechenden Gewichtsverhältnis der Reagenzien 100 :26,5 :27,5.

Dem zubereiteten Gemisch, das aus thermoplastischem Phenolformaldehydharz, Hexamethylentetramin, Stearin bzw. Kalziumstearat und Kalziumhydroxyd besteht, wird Graphit (beispielsweise Graphitabfälle der Elektrodenproduktion) mit einem Aschegehalt von höchstens 5% und einermaximalen Teilchengröße von 2 mm zugegeben und in einer Mischvorrichtung im Laufe einer Stunde zur gleichmäßigen Verteilung der Komponenten umgerührt Das gewonnene Gemisch wirdbei einer Temperatur von 120-130° C gewalzt, wonach es bis zu einer Teilchengröße von 0,05-0,16 mm gemahlen und durch ein Sien mit erforderlicher Maschenweite gesiebt wird.

Wie oben erwähnt wird zur zusätzlichen Steigerung der Festigkeit des Raumgitters des Lagermaterials und zur Vergrößerung seiner Erosions- und Verschleißfestigkeit zu der zermahlenen pulverförmigen Masse das wärmehärtende Phenolanilinformaldehydharz zugegeben, welches vorher bis zu einer Teilchengröße von höchstens 0,16 - 0,18 mm zermahlen wurde.

Das erwähnte Phenolanilinformaldehydharz gewinnt man durch Kondensation von Phenol, Anilin und Formaldehyd in Anwesenheit eines Katalysators basisehen Charakters, beispielsweise Magnesiumoxid oder Ammoniak, bei einem Gewichtsverhältnis der Reagenzien von 100 :55 :51,8 zueinander.

Zur Vergrößerung der Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Stoffes werden der zermahle- ir, nen pulverförmigen Masse das Pulver eines bildsamen Buntmetalls, beispielsweise Blei, Zinn, Legierungen auf ihrer Grundlage, Bronze mit einer Teilchengröße von höchstens 0,1 mm und das Pulver eines Schleifmittels mit einer Teilchengröße von höchstens 0,07 mm, zugegeben.

Als feindisperses Pulver eines Schleifmittels werden genommen; Talk, Glas, Sital, Siliziumdioxid, Chromoxid.

Das zubereitete Gemisch, das aus den oben erwähnten Komponenten in erforderlichem Prozentverhältnis besteht wird in einer Mischvorrichtung zur Erzielung einer homogenen Masse umgerührt

Die homogene Masse, das Preßpulver, wird dosiert und auf die Preßformen zum Warmpressen verteilt Im Falle der Massenherstellung der Teile auf automatischen Rotorpressen wird eine vorangehende Brikettierung des Halbzeugs vorgenommen.

Das Pressen wird bei einer Temperatur von 155—175°C und einem spezifischen Druck von 800—1200 kp/cm² durchgeführt

Die Haltezeit hängt von der Größe des Erzeugnisses ab.

Die Ringe und Lager, die aus dem erfindungsgemäßen Lagerwerkstoff hergestellt sind, dienen zuverlässig und lange in Dichtungseinheiten von Speisepumpen bei Dampfturbinen, in Wasserpumpen der Automobil-, Traktoren- und Schiffsmotoren.

Der erfindungsgemäße Lagerwerkstoff verfügt beim Einsatz in Flüssigkeiten über folgende Vorzüge: Er

a) hat keine Poren, quillt beim Einsatz in Wasser nicht und büßt auch seine geometrische Form nicht ein;

b) verfügt über eine hohe Festigkeit gegen Strahlerosion;

c) gewährleistet lange und zuverlässige Arbeit der Reibungseinheit bei minimalem Verschleiß;

d) ermöglicht die Herstellung von Teilen mit kleinen Abmessungen ohne weitere mechanische Bearbeitung bei vollständiger Automatisierung des Produktionsprozesses und hoher Leistungsfähigkeit;

e) bei der Herstellung großer, stark beanspruchter Lager gestattet der Stoff das Pressen in eine metallene Hülse mit Bewehrungsly-rkasse.

Die optimale Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Werkstoffes hängt von den Arbeitsverhältnissen des Reibungspaares, der Art und Zusammensetzung der Flüssigkeit der Temperatur, der Geschwindigkeit des relativen Gleitens der reibenden Paare, dem Druck der Flüssigkeit und den Besonderheiten des Materials des zusammengehörigen Paars ab.

Beispiel 1

Die Herstellung von Stirndichtungen einer elektrisch betriebenen Speisepumpe von Dampfturbinen aus dem erfindungsgemäßen Lagerwerkstoff der folgenden Zusammensetzung:

Graphitpulver-Bindemittel	40%
(mit einem Gehalt an Bindemittel	48,7%
von 22%	10%
Bleipulver	1,3%
Phenolanilinformaldehydharz
Talk

bei folgenden Arbeitsverhältnissen:

a) zu verdichtendes Arbeitsmittel: Wasser mit einer Temperatur von 102 -104° C

b) Umfangsgeschwindigkeit 20—25 m/sec

c) Druckgefälle 0,2-0,5 kp/cm²

d) das Material, aus dem das zugehörige Reibungsteil gefertigt ist, Chromstahl mit einer Härte von HRC 35—40, zeigte, daß es sich gut einläuft wobei als

Ergebnis des Einlaufens beide Reibungsflächen ein spiegelglattes Aussehen erhalten; nach dem Einlaufen hört praktisch der Verschleiß des Dichtungsringes auf (nach 1000 Stunden Probelauf betrug der Verschleiß 0,02 mm).

Beispiel 2

Das Trag- und Drucklager einer Umwälzpumpe, die heißes Wasser umpianpt, hat folgende Zusammensetzung:

Graphitpulver-Bindemittel

(mit einem Gehalt an Bindemittel von 20%)

Bleipulver Phenolanifinformaldebydharz

Talk

40%

49%

10%

1%

Betriebsbedingungen des Teils:

a) spezifischer Druck 03 kp/cm²

b) Umfangsgeschwindigkeit 7,1 m/sec

c) Wassertemperatur 90—110⁰C

d) Reibungspartner gefertigt als Chromstahl mit einer Härte HRC 40—42; der Verschleiß des Lagers betrug in 7000 Stunden 0,05 mm.

Beispiel 3

Die Stirndichtung der Wasserpumpenwelle eines Kraftfahrzeugmotors ist hergestellt aus einem Lagerwerkstoff mit folgender Zusammensetzung:

Graphitpulver-Bindemittel

(mit einem Gehalt an Bindemittel

von 22%) 40%

Bleipulver 48% Phenolanilinformaldehydharz 10%

Talk 2%

Betriebsbedingungen des Teils:

a) spezifischer Druck 0,8—1,0 kp/cm²

b) Umfangsgeschwindigkeit 6,8 m/sec

c) Reibungspartner: Gußeisen

d) Wassertemperatur90—95°C.

Beispiel 4

Die Stirndichtung der Wasserpurnpenwelle eines Kraftfahrzeugmotors ist aus dem erfindungsgemäßen Stoff mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Graphitpulver-Bindemittel
(mit einem Gehalt an Bindemittel
von 22%)
Bleipulver

ίο Phenolanilinformaldehydharz
Talk

die Betriebsbedingungen des Teils:

!5 a) spezifischer Druck 0,8—1,0 kp/cm²

b) Umfangsgeschwindigkeit 6,8 m/sec

c) Reibungspartner: Gußeisen

d) Wassertemperatur90—95⁰C

50%

39%

10%

1%

20

25

35

40

Der spezifische Verschleiß betrug 33 μτπ in 100 Arbeitsstunden.

Bei der Herstellung von Stirndichtungen für die gleichen Zwecke aus einem Lagerwerkstoff mit folgender Zusammensetzung:

Graphitpulver-Bindemittel

(mit einem Gehalt an Bindemittel _x

von 22%) 40%

Bleipulver 48% Phenolanilinformaldehydharz 10%

Glas 2%

betrug der spezifische Verschleiß 38—40μπι in 100 Arbeitsstunden.

der spezifische Verschleiß betrug 15 μπι in
Arbeitsstunden.

Im Falle der Verwendung jas erfindungsgemäßen Stoffes zur Herstellung von Teilet, die in aggressiven Medien eingesetzt werden, beispielsweise in Schwefelsäure enthaltenden Lösungen, muß der Gehalt an Bindemittel im Graphit und der Gebalt an Schleifmittel biv zum Grenzwert erhöht werden.

In diesem Falle gewährleisten die Reibungspaare eine langdauernde und zuverlässige Arbeit bei minimalem Verschleiß.

Im Falle des Einsatzes eines Teils aus dem erfindungsgemäßen Lagerwerkstoff in Nahrungsflüssigkeiten, gepaart mit Teilen aus Gußeisen und nichtrostenden Stählen, wird das Blei vollständig vermieden und durch Bronze oder Zinn oder andere Pulver der Buntmetalle ersetzt, die die gegebene Flüssigkeit nicht oxydieren, oder es wird das Buntmetallpulver durch Steigerung des Gehaltes an Phenolanilinformaldehydharz bis 40% vermieden. Die letzte Möglichkeit ist beim Betrieb des Lagerwerkstoffes unter den Verhältnissen der Flüssigkeitsreibung gegeben. Im Falle des Betriebs des Lagerwerkstoffes unter den Verhältnissen der Mischreibung wird man das Verhältnis der Komponenten in Richtung der Steigerung des Graphitgehaltes bis zu einem Grenzwert verändern.

Im Falle des Einsatzes der Teile in Pumpen für Meerwasser, gepaart mit einem Teil aus Bronze, wird das erwähnte Teil aus dem Lagerwerkstoff hergestellt, der folgende Zusammensetzung aufweist:

Graphitpulver-Bindemittel	40%
(mit einemGehalt an Bindemittel	49-49,5%
von 22%)	10%
Blei	OJS- Wo.
Phenolanilinformaldehydharz
Talk

Claims

Patentansprüche:

1. Lagerwerkstoff mit einem Anteil von Graphitpulver von 21 bis 76 Gewichtsprozent, einem Phenolharz als Bindemittel und ggf. einem Anteil des Pulvers eines duktilen Buntmetalls bis 60 Gewichtsprozent, gekennzeichnet durch einen Graphit-Sindemittel-Anteil von 30 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, von welchem Anteil das Bindemittel 20 bis 30 Gewichtsprozent ausmacht, wobei im Bindemittelanteil mit 3 Gewichtsprozent vom Bindemittelanteil Zusätze, nämlich Hexamethylentetramin, Stearin und Kalziumhydroxyd, vertreten sind, ferner durch einen Phenolanilinformaldehydharz-Anteil von 5 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht

2. Lagerwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Schleifmittel in Form eines feindispersen Pulvers in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht

3. Lagerwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel Talk ist

4. Lagerwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel Glas ist

5. Lagerwerkstoff nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Graphit-Bindemittel-Anteil von 50 Gewichtsprozent, von welchem Anteil das Bindemittel 22 Gewichtsprozent ausmacht, ferner durch einen Bleipulver-Anteil von 39 Gewichtsprozent, einen Phenolanilinformaldehydharz-Anteil von 10 Gewichtsprozent und einem Talk-Anteil von 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht