DE2166809B2 - Lagermaterial - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial mit einer auf einer Stahl unterlage aufgebrachten, Kupfer enthaltenden,
porösen gesinterten Schicht, in deren Hohlräumen und auf deren Oberfläche sich ein zusammengesintertes
Gemisch aus Polytetrafluoräthylen, einer Bleiverbindung und gegebenenfalls Graphit «
befindet.
Die guten Gleiteigenschaften von Polytetrafluoräthylen sind an sich bekannt. Als Lagermaterial für
hoch beanspruchte Lager ist jedoch Polytetrafluoräthylen deshalb nur beschränkt geeignet, da es bei gu- Jo
ten Gleiteigenschaften eine relativ geringe Festigkeit und damit einen relativ hohen Abrieb aufweist.
Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten in der Wärmeabführung aus dem Lager und in der Aufnahme
der Lagerkräfte in dem Lagermaterial. Aus diesem J5 Grund ist es, wie oben erwähnt, bekannt (DE-OS
1494078), das Polytetrafluoräthylen in einer Mischung mit 2,5-40 Vol.% eines Phosphates und
2,5-40 Vol.% Blei und/oder Bleioxyd und/oder Graphit zu verwenden, wobei die Gesamtmasse dieser
Füllstoffe 60 Vol.% der Lagermasse nicht übersteigt.
Es ist ferner bekannt (GB-PS 657 085), ein derartiges
Lagermaterial mit einer porösen Metallstruktur, weiche Polytetrafluoräthylen enthält, durch Sintern
einer entsprechenden Mischung von Pulvern des synthetischen Anteils und eines entsprechenden Metalls
oder Metallegierung herzustellen. Dabei wird diese Struktur auf eine relativ feste Unterlage, z. B. aus
Stahl, aufgebracht.
Alle diese bekannten Lagerwerkstoffe haben jedoch noch eine relativ hohe Reibung und einen relativ
hohen Verschleiß. Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Lagermaterial der eingangs erwähnten
Art so zu verbessern, daß es einen noch niedrigeren Reibungskoeffizienten und einen noch höheren
Verschleißwiderstand als die bekannten Werkstoffe besitzt.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das in den Hohlräumen und auf der Oberfläche
der porösen, gesinterten, Kupfer enthaltenden Schicht bo
enthaltende Gemisch neben Polytetrafluoräthylen aus 3-30 Vol.% Bleifluorid und 0-30 Vol.% Graphit besteht,
wobei der Gesamtgehalt an Graphit und Bleifluorid 3-40 Vol.% beträgt.
Das Lagermaterial gemäß der Erfindung enthält also eine Stahlunterlage, eine poröse, Kupfer enthaltende
Schicht und eine Schicht aus einer eingefüllten und gesinterten Mischung, die die Blasen dieser porösen
Schicht füllt und eine Oberflächenschicht des Lagermaterials bildet.
Die Verwendung von Metallfluoriden für Lagerwerkstoffe ist zwar an sich bekannt. So ist durch die
Literaturstelle VDI-Zeitschrift 1969, Seite 23, eine Mischung verschiedener Metallfluoride mit einem
Binder ganz allgemein als auf eine Trägerkonstruktion aufzubringender Lagerwerkstoff für schwierige Betriebsbedingungen
bekannt. Durch die Literaturstelle VDI-Zeitschrift 1962, Seiten 33-45, ist die Verwendung
von Fluoriden für höhere Temperaturen als Schmiermittel bekannt. Diese bekannten Lagermaterialien
schließen jedoch infolge ihrer bei dem Herstellungsverfahren bzw. bei der Benutzung auftretenden
Betriebsbedingungen die Verwendung von Polytetrafluoräthylen aus. Die bekannten Anordnungen geben
dem Fachmann daher keine Anregung zur Verwendung von Bleifluorid und Graphit in Verbindung mit
Polytetrafluoräthylen gemäß der vorstehend erläuterten Lehre zum technischen Handeln gemäß der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Lagermaterial ist ein ausgezeichneter,
gänzlich ölfreier Lagerwerkstoff, der sowohl einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten als
auch einen außerordentlich hohen Verschleißwiderstand besitzt, was für die Leistungsfähigkeit der daraus
hergestellten Lager von größter Wichtigkeit ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 und 2 Schliffbilder in lOOfacher Vergrößerung, welche das Gefüge des Lagermaterials gemäß
der Erfindung zeigen,
Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der Abriebeigenschaften erfindungsgemäßer Lagermaterialien
und
Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen der Abhängigkeit von Reibungskoeffizient und Abrieb vom
PbFj-Gehalt.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet A eine Stahlunterlage aus niedrig legiertem Kohlenstoffstahl mit einem
Kohlenstoffgehalt von etwa 0,1%, B eine Kupferplattierungsschicht, die auf der Oberfläche der Stahlunterlage
ausgebildet ist, und C eine poröse Schicht aus gesinterter Bronze, die auf der Schicht B liegt. Die
Zwischenräume zwischen den weißen Bronzekugeln sind mit einem im Schliffbild schwarz gefärbten Füllmaterial
ausgefüllt, das aus einem Gemisch aus 80 VoI.% PTFE (Polytetrafluoräthylen) und 20 Vol.%
Graphit in Fig. 1 oder einem Gemisch aus 80 Vol.% PTFE, 10 Vol.% Bleifluorid und 10 Vol.% Graphit
in Fig. 2 besteht. D bezeichnet eine Oberflächenschicht aus dem gleichen Material wie das obengenannte
schwarz gefärbte Füllmaterial, und E bezeichnet eine Harzschicht, die gewöhnlich bei der
mikrophotographischen Betrachtung von Metallgefügen benutzt wird. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung,
die die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Verschleißhöhe einerseits und der
Graphit- und Bleikonzentration im Füllmaterial und in der Oberflächenschicht andererseits zeigt, deren
Anteil am Gesamtvolumen des Füllmaterials und der Oberflächenschicht 20% beträgt. Aus diesem Diagramm
ist zu ersehen, daß der Verschleißwiderstand (Kurve B) und der Reibungskoeffizient (Kurve A)
mit wachsender Konzentration des Graphits verbessert werden. Das beste Ergebnis erhält man, wenn das
Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus 3 bis
30% Graphit, 0 bis 25 % Blei oder Bleioxyd und dem Rest PTFE besteht, wobei der Gesamtanteil an Graphit
und Blei oder Bleioxyd bei 3 bis 40% liegt. Alle Prozentangaben beziehen sich auf Vol.%. Es hat sich
gezeigt, daß, wenn die Gesamtmenge dieser Bestandteile 40% übersteigt, die Bindung zwischen Kupfer
oder Kupferlegierung und dem Füllmaterial ungenügend wird.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten und der
Verschleißhöhe einerseits und der Graphit- und Bleifluoridkonzeptration
im Füllmaterial und in der Oberflächenschicht andererseits zeigt, die aus einer
Mischung von PTFE, Bleifluorid und Graphit bestehen, wobei der Graphit- und Bleifluoridanteil bei 20%
liegt. Aus diesem Diagramm ist zu entnehmen, daß, wenn das Füllmaterial und die Oberflächenschicht aus
einem Gemisch von 80% PTFE, 10% Bleifluorid und 10% Graphit besteht, der Reibungskoeffizient
(Kurve C) dieses Füllmaterials und der Oberflächenschicht am geringsten ist, und der Verschleiß
(Kurve D) gegenüber anderen Zusammensetzungen geringer wird.
Die Prüfungsbedingungen, unter denen die in Fig. 3 und 4 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden, sind
folgende:
Prüfgerät:
Reibungsgeschwindigkeit:
angewandter Druck:
Prüfungsdauer:
Gleitmittel:
Temperatur:
Prüfungsdauer:
Gleitmittel:
Temperatur:
Suzuki's Abriebprüfer
0,036 m/min
100 kg/cm2
60 Minuten
keines
Zimmertemperatur
100 kg/cm2
60 Minuten
keines
Zimmertemperatur
Die Reinheit und die Korngröße (Gitterabstände) des benutzten Graphits liegen bei etwa 84% und 600
Gitterabständen in Fig. 3 bzw. bei etwa 95,5% und 280 Gitterabständen bei Fig. 4. Die Stärke der Oberflächenschicht
beträgt 0,05 mm in Fig. 3 und 0,02 bis 0,03 mm bei Fig. 4.
Es können leichte Unterschiede in den experimentellen Ergebnissen auftreten, die von der Qualität des
Graphits und der Dicke der Oberflächenschicht abhängen. Während z. B. der Reibungskoeffizient der
Oberflächenschicht aus dem Material gemäß Fig. 3, der durch die Kurve A repräsentiert wird, theoretisch
an dem Punkt, wo die Konzentration des PTFE 80% und die des Graphits 20% beträgt, der gleiche sein
sollte wie der der Oberflächenschicht aus dem Material gemäß Fig. 4, der durch die Kurve C repräsentiert
wird, besteht in der Praxis ein leichter Unterschied
ίο zwischen beiden. Dieses mag im wesentlichen von dem
Unterschied in der Dicke der Oberflächenschicht und besonders von dem Unterschied in der Qualität des
Graphits herrühren, obwohl ein solcher Unterschied wahrscheinlich einen kleineren Meßfehler enthält.
Die Fig. 4 zeigt, daß die Zusammensetzung mit 20% PbF2 und ohne Graphit keine so guten Eigenschaften
hat wie die mit 10% PbF2 und 10% Graphit. Tatsächlich sind die Eigenschaften des Lagermaterials
mit PbF2 ohne Graphit (rechtes Ende von Fig. 4) aber
-'o immer noch besser als die des Materials mit 20% Pb (linkes Ende von Fig. 3). Der Abrieb beträgt nur ein
Dritte!.
Es wurden Versuche durchgeführt, um den Abrieb und die Reibung mit verschiedenen Gehalten an PbF2
in dem gesinterten Gemisch mit PTFE festzustellen, und zwar mit 5, 10, 20 und 30%, ohne Zusatz von
Graphit, so daß der Rest aus 95, 90, 80 und 70% PTFE besteht. Dabei wurden die in den beigefügten
Fig. 5 und 6 eingetragenen Werte festgestellt. Sie zei-
Ji) gen, daß mit zunehmendem Gehalt an PbF2 die Reibung
steigt, aber der Abrieb sinkt.
In jede der beiden Figuren ist als kleines Dreieck der Wert der Reibung und der Abnutzung eingetragen,
die bei einem Gemisch mit einem Gehalt von
Vi 20% an Pb entstehen. Die Werte zeigen deutlich, um
wieviel günstiger PbF2 ist als Pb.
PTFE hat an sich einen geringen Reibungskoeffizient, aber seiner geringen Härte wegen einen unzulässig
hohen Abrieb. So stellt sich die Aufgabe, Zusätzc zu finden, die den Abrieb vermindern, ohne den
Reibungskoeffizienten übermäßig zu erhöhen. Fig. 5 zeigt, daß man 30% PbF2 zusetzen kann, ohne daß
die Reibung höher wird als mit 20% Pb.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Lagermaterial mit einer auf einer Stahlunterlage aufgebrachten, Kupfer enthaltenden, porösen gesinterten Schicht, in deren Hohlräumen und auf deren Oberfläche sich ein zusammengesintertes Gemisch aus Polytetrafluorethylen, einer Bleiverbindung und gegebenenfalls Graphit befindet, d adurch gekennzeichnet, daß das Gemisch neben Polytetrafluoräthylen aus 3 bis 30 Vol.% Bleifluorid und 0 bis 30 Vol.% Graphit besteht, wobei der Gesamtgehalt an Graphit und Bleifluorid 3 bis 40 Vol.% beträgt.lü
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |