DE2124161A1 - Lagerwerkstoff niedriger Reibung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Lagerwerkstoff niedriger Reibung und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf Lagerwerkstoffe mit niedriger Reibung und Verfahren zur Herstellung von Lagern unter Verwendung dieser Werkstoffe. Werkstoffe niedriger Reibung, z. B. Iden aus einem fluorkohlenstoff, wic Polytetrafluoräthylen, wurden mit Erfolg in Form von Geweben entweder mit oder ohne Kunstharzimprägnierung als Lagerwerdstoff niedriger Reibung verwendet (s. z. B. GB-PS 845 547), und es wurden dabei Reibungskoeffizienten bei niedrigen Reibungsgeschwindigkeiten und Lagerdrücken zwischen 7,03 und 42, 19 kg/mm² so niedriger Werte wie 0,03 häufig berichtet.
• @e@e Serkstoffe, z. B. Kohlenstoffasern hohen Elastizititsmoduls oder hoher Festigkeit, wurden ebenfalls als Lagerwerkstoffe, jedoch als Verstärkung für Kunstharz grundwerkstoffe verwendet, und es wurden Verringerungen der Verschleißgeschwindigkeit und eine erhöhte Steifheit bei den Lagerwerkstoffen mit Gehalt an diesen Fasern beschrieben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, einen Lagerwerkstoff zu schaffen, der sowohl niedrige Reibungswerte als auch Steifheit aufweist Diese Aufgabe wird erfindungsgeniäß durch einen Lager werkstoff gelöst, der im wesentlichen aus einer Matte aus einer Mischung von zufällig gerichteten Fasern aus einem Stoff niedriger Reibung und Fasern aus einem Stoff hohen Elastizitätsmoduls besteht, die durch ein Kunstharz gebunden sind.
• Unter dem Begriff "Stoff mit hohem Elastizitätsmodul" wird ein Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul von nicht unter 30 x 10° verstanden, und der Zweck dieses Werkstoffes ist die Verstärkung des Lagerwerkstoffes zur Verbesserung seiner Lastaufnahmeeigeschaften.
• Der Grad der Zuf al 1 sv er t e iluii der Fasern in d der Matt kann von völliger Regeilosigkeit bis zu einem fast ausgerichteten Zustand reichen. Der Anteil der Fasern des Stoffes niedriger Reibung am Gesamtgewicht der Fasormatte kaiirL in Abhängigkeit von der Anwendung des Lagers mit diesem Lagerwerkstoff von 1 bis 99 i variieren.
• Die Matte kann mit einem thermoplastischen oder wärmehärtenden Kunstharz imprägniert sein, das auch zur Befestigung des @erkstoffes an einer Trägerunterlage dienen kann0 Vorzugsweise umfaßt die Matte eine innig gemischte Schicht aus Fasern des Werkstoffes niedriger Reibung und Fasern des Werkstoffes hohen Elastizitätsmoduls.
• Der Werkstoff niedriger Reibung kann Fluorkohlenstoff, z. B. Polyteirafluoräthylen sein, und die Fasern des Verstärkungswerkstoffs können Kohlenstoffasern hohen Elastizitätsmoduls oder hoher Festigkeit sein, In diesem Zusammenhang werden Kohlenstoffasern "mit hohem Elastsmodul" (Typ 1) und "mit hoher Festigkeit" (Typ 2) klassifiziert, doch fallen beide Typen in den Bereich der oben gegebenen Difinition "Stoff mit hohem Elastizitätsmodul".
• Tatsächlich ist die Zugfestigkeit der Kohlenstoffasern des Typs 1 140,62 bis 210,93 kg/mm², und der Elastizitätsmodul dieser besonderen Fasern ist 55 bis 65 x 106, während die entsprechenden Werte für die Fasern des Typs 2 246, 1 bis 316,4 kg/mm² und 35 bis 45 x 106 sind, woraus sich ihre Qualifizierungen "mit hohem Elastizitätsmodul" und "mit hoher Festigkeit" ergeben.
• Ein Verfahren zur herstellung einer solchen Fasermatte ist folgendes: Eine Mischung von 400 Denier-Polytetrafl@orhthylenfäden von 12 mm Länge und hochfeste Kohlenstofffaserfäden von 6 mni 1 Länge werden in Wasser in einem Hochgeschwindigkeitsmischer eingeweicht und verteilt. Dieser wäßrigen Suspension wird ein g@eignetes wasserlösliches, niedrig schmelzendes Kunstharz zugesetzt, um die anschließende Bindung der Fasern zur Bildung der Matte zu fördern. Ein bevorzugter Feststoffgehalt der Faseraufschwemmung im dispergierten Zustund (nach dem Mischen) ist 25 Gew.-% Kohlenstoffaser@ und 75 Gew.-% Polytetraäthylenfasern, und das bevorzugte Verhältnis des Gesamtgewichts der Fasern zum Gewicht des Wassers und Kunstharzbindemittels ist 1 : 200.
• Die dispergierte Aufschwemmung wird dann in eine Papiermaschine (z. B. eine Nobel- and Wood-Maschine) eingeführt, und die dispergierten Fasern werden als eine zufällig verteilte Fasermatte auf einem 100 mesh (0,15 mm Maschenweite) Monel-Metallsieb unter Anwendung von Vakuum niedergeschlagen. Das Überschußwasser in der Matte wird durch Druck mit einer Filzplatte herausgepreßt, und dann wird die Matte auf die Oberfläche eines Trommeltrockners übertragen und unter einem leichten Druck zwecks Verdampfung bzw. Verdunstung des restlichen Wassers und Schmelzens der geringen Menge des verbliebenen Bindemittels zum gegenseitigen Binden der Fasern auf 65 OC erhitzt.
• Die Erfindung wird nun anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 ein Laminat einer entsprechend vorstehender Erläuterung hergestellten Matte mit einer Trägerunterlage; Fig. 2 eine mit dem zusammengesetzten Werkstoff nach Fig. 1 ausgekleidete Buchse und eine in die Buchse eingefügte Kugel im Lauf der Herstellung eines selbstausrichtenden Lagers; Fig. 3 die Einheit nach Fig. 2, nachdem die Buchse in Kugelform verformt ist; und Fig. 4 das Lager nach der Endbearbeitung.
• Die Matte aus gemischten Fasern kann auf eine Trägerunterlage aus Glasgewebe, das mit einem Phenolformaldehyd-Kunstharz vorimprägniert ist, entsprechend Fig. 1 aufgeschichtet werden, wo die Matte mit der Bezugsziffer 1 und das Glasgewebe mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet sind, und Streifen aus dem erhaltenen Zweischichtwerkstoff lassen sich zur Auskleidung einer Metallbuchse bei der Herstellung eines bevorzugten Lagers unter Verwendung des Lagerwerkstoffs gemäß der Erfindung verwenden. Bei diesem Verfahren wird ein kugelförmiges Stahlwerkstück 3 mit einer zylindrischen Bohrung 4 durch sein Zentrum in einer bereits ausgekleideten Buchse 5 entsprechend Fig. 2 angeordnet. Die Einheit wird dann in halbkugelförmigen, vertikal schließenden Formen so plastisch verformt, daß die Fasermatte 1 und das mit Kunstharz vorimprägnierte Glasgewebe 2 zwischen dem inneren kugelförmigen Werkstück 3 und der plastisch veformten äußeren Buchse 5 entsprechend Fig. 3 zusammengedrückt werden. Die erhaltene Einheit wird in einem Ofen erhitzt, um das Kunstharz auszuhärten und die Fasermatte mit der äußeren Stahlbuchse fest zu verbinden, und schließlich wird der Überschußstahl von der äußeren Buchse 5 abgearbeitet, um eine selbstausrichtende Lagereinheit entsprechend Fig. 4 herzustellen, worin das innere kugelförmige werkstück 3 relativ zur Fasermatte rotieren kann, die als Lageroberfläche wirkt. Wenn nötig, kann das innere kugelförmige Werkstück vorher mit einem Formtrennmittel überzogen werden, um die Beweglichmachung des Werkstücks nach dem Aushärten des Kunstharzes zu erleichtern0 Nach diesem Verfahren hergestellte Lager wurden geprüft, indem man eine einseitig gerichtete konstante Last auf das äußere Laufring- bzw. Buchsenstück einwirken und das innere kugelförmige Werkstück über einen Winkel von # 25° bei Frequenzen von 10 und 40 Zyklen je Minute schwingen ließ, Die auf die gepräften Lager einwirkende Last entsprach einem Wert von 17,58 kg/mm², basierend auf der projizierten Fläche der La geroberfläche. Parallelversuche wurden an gegenwärtig üblichen Lagern der Luftraumindustrie mit einer Lageroberfläche aus 100 % gewebtem Polytetrafluoräthylengarn mit folgenden Ergebnissen durchgeführt; Zahl der Frequenz Verschleiß Zyklen in Zyklen in mm pro min.
• 100 % gewebte Poly- 26,900 10 0,11 mm tetrafluoräthylen- 26,425 10 0,14 mm oberfläche 27,000 10 0,06 mm 75 % Kohlenstoffasern + 51, 145 10 0,018 mm 25 % Polytetrafluor- 50,260 40 0,046 mm äthylen; regellose 50,260 40 0,058 mm Matte 50 % Kohlenstoffasern + 27,000 10 0,02 mm 50 % Polytetrafluoräthylen; regellose Matte Die Verschleißgeschwindigkeiten der regellos verteilten Fasermattenanordnungen waren erheblich geringer als die der in der Luftraumindustrie üblichen Lagereinheiten mit 100 % gewebten Polytetrafluoräthylenlageroberflächen.
• Andere Verfahren zur Herstellung von Lagerelementen unter Verwendung dieses Werkstoffes können gleichfalls angewendet werden.
• Eine oben definierte Matte, bei der das Kunstharz wärmehärtend ist, kann man beispielsweise auf einen Dorn aufwickeln und unter Wärme und Druck in geteilten Hohlformen aushärten, um Rohre aus Lagerwerkstoff zu erzeugen, die sich in Gehäuse einpassen lassen, und die Lagerbohrungen kann man anschließend ausarbeiten, um sie den Gegenflächen anzupassen.
• Alternativ kann man den Werkstoff in einem halb ausgehärteten Bandzustand mit oder ohne Klebstoffüberzug in ein Gehäuse einpassen und eine Zwischeneinpaßwerkzeug-Form einführen, um den geeigneten Form- und/oder Verbindungsdruck auf die Lageroberfläche auszuüben. Die Einheit wird dann auf die erforderliche Verarbeitungstemperatur gebracht, um den gewünschten Verbindungs- und/oder Härtezustand zu erzielen. Nach dem Abkühlen und Herausnehmen des Werkzeugs läßt sich die Lagereinheit in dem dann erreichten Zustand verwenden, wenn sie abmessungsmäßig ausreichend genau ist, oder sie kann anschließend auch noch bearbeitet werden, wenn eine größere Genauigkeit gewünse@@t wird.
• Alternative Werkstoffe für die oben als Verstärkungswerkstoff beschriebenen Kohlenstoffasern umfassen Borfasern (Zugfestigkeit 281,2 kg/mm², Elastizitätsmodul 60 x 106) 2 und Stahldraht (Zugfestigkeit 281,2 - 421,9 kg/mm², Elastizitätsmodul 30 x 106).

Claims (8)

Patentansprüche

1. Lagerwerkstoff, gekennzeichnet durch eine Matte (1) aus einer Mischung von zufällig gerichteten Fasern aus einem Stoff niedriger Reibung und Fasern aus einem Stoff hohen Elastizitätsmoduls, die durch ein Kunstharz gebunden sind.

2. Lagerwerkstoff nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (1) ein Laminat mit einer Trägerunterlage (2) bildet, mit der die Matte mittels des Kunstharzes fest verbunden ist.

3. Lagerwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff niedriger Reibung ein Fluorkohlenstoff ist.

4. Lagerwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff niedriger Reibung Polytetrafluoräthylen ist.

5. Lagerwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus dem Stoff hohen Elastizitätsmoduls Kohlenstoffasern hoher Festigkeit oder hohen Elastizitätsmoduls sind.

6. Lagerwerkstoff naqch Anspruch 2 oder einem davon abhängigen Anspruch, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trägerunterlage (2) ein mit Kunstharz imprägniertes Glasgewebe ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Lagers unter Verwendung des Lagerwerkstoffs nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Polytetrafluoräthylen- und hochfesten Kohlenstoffasern in Wasser eingeweicht und dispergiert wird, daß man ein wasserlösliches, niedrigschmelzendes Kunstharz der wäßrigen Suspension zusetzt, daß man die erhaltene dispergierte Aufschwemmung auf einem geeigneten Träger als eine Fasermatte mit Zufallsausrichtung niedrschlägt und daß man die niederge schlagene Matte unter Bedingungen mäßiger Erwärmung trocknet.

8. Verwendung eines Lagerwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Lager, insbesondere selbstausrichtende Lager.

L e e r s e i t e