DE2442422C3 - Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten und geringem Verschleiß bei starker Belastung und hoher Geschwindigkeit - Google Patents

Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten und geringem Verschleiß bei starker Belastung und hoher Geschwindigkeit

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Description

Die Erfindung betrifft ein Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten und geringem Verschleiß bei verhältnismäßig starker Belastung, verhältnismäßig lioher Geschwindigkeit und verhältnismäßig hoher Temperatur.
Derartige Materialien können z. B. als »trockenes« Lagermatenal Anwendung finden, d. h. als Lagermaterial, das kein zusätzliches Schmiermittel wegen seines niedrigen Reibungskoeffizienten μ erfordert. Eine mögliche Anwendung ergibt sich im besonderen bei 4Ί Gleitlagern. Die wichtigste Voraussetzung solcher Materialien ist, daß sie bei den erforderlichen Geschwindigkeiten, Belastungen und Temperaturen stets einen genügend niedrigen Reibungskoeffizienten und eine lange Lebensdauer aufweisen. ->u
Als Beispiel für ein derartiges bekanntes Material ist Polytetrafluoräthylen (PTFE) zu nennen, das bei der Anwendung in Lagern, die mit sehr niedriger Geschwindigkeit arbeiten, z. B. Lager, die als Träger für Brücken verwendet werden, einen μ-Wert von 0,02—0,05 -,-, aufweist. In den meisten Anwendungsfällen ist der μ-Wert von Lagern jedoch höher, d.h. 0.1-0.2. Im allgemeinen erhöht sich der μ-Wert von PTFE bei zunehmender Geschwindigkeit, während er bei abnehmender Belastung abnimmt. Dieses bekannte Material bo hat den Nachteil, daß die Übergangstemperatur von PTFE, bei der der Werkstoff plastisch wird, bei 327° ' ■ liegt, so'daß dieses Material, insbesondere bei hohen -. Geschwindigkeiten und folglich bei hohen Temperaturen, als Lagermaterial nicht geeignet ist. Außerdem sind b5 die Verschleißeigenschaftcn von PTFE, t. B. mit einem »Falex Testappärat« gemessen, ungünstig. Es wurde festgestellt, daß sich PTFE bei Druckwerten höher als 70 kg/cm-' zu verformen beginnt, was bedeutet, daß die Steifheit des Materials für solche Druckwerte ungenügend ist Die Eigenschaften von PTFE als Lagermaterial sind z. B. in dem von E R. Braithwaile herausgegebenen Buch »Lubrication and lubricants« (ab Seite 412) beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Material zu schaffen, das im Vergleich zu PTFE günstigere Eigenschaften in bezug auf Verschleiß, Steifheit und Temperaturbeständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Material zu 50—90% seines Gewichtes aus einem pulverisierten festen Schmiermittel besteht, das durch ein polymerisiertes Gemisch von ungesättigten organischen Verbindungen mit mindestens 30% Divnylbenzol verbunden ist. Das Divnylbenzol besteht im allgemeinen aus einer Mischung von Isomeren.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung können diese Anforderungen an das Material hauptsächlich von Stoffen oder Stoffgemischen einer laminaren Struktur, wie z. B. Chaicogeniden (MoS., WSe., usw.). Bornitrid, Graphit erfüllt werden. Dank ihrer laminaren Struktur weisen all diese Stoffe einen niedrigen μ-Wert in Verbindung mit einem hohen Verschließwiderstand auf.
In diesem Zusammenhang wurden seh: gute Ergebnisse insbesondere mit MoS. als festes Schmiermittel erzielt, hauptsächlich dann, wenn das organische Bindemittel ein polymerisiertes Gemisch aus technischem Divnylbenzo! mit einem Gehalt an Divnylbenzo! von mindestens 50% ist.
Komprimiertes, reines MoSrPulver besitzt sehr schwache Verschleißeigenschaften, während in dieser Hinsicht auch keinerlei positive Aussagen in bezug auf reines Polydivinylbenzol gemacht werden können. Außerdem ist polymerisiertes Divnylbenzol sehr brüchig und wird daher nicht als Kunststoff verwendet. Jedoch das aus MoSrPulver und Divinyibenzol gewonnene Material, das im angegebenen Verhältnis vermischt und um polymerisiert zu werden in einem geschlossenen System oder unter Druck auf etwa 150'· C erwärmt wird, weist überraschenderweise, verglichen mit anderen Materialien, z. B. PTFE, die bisher zu diesem Zweck verwendet wurden, sehr vorteilhafte Eigenschaften auf.
Diese vorteilhaften Eigenschaften werden anhand der folgenden Tabelle veranschaulicht. Die in der Tabelle angeführten Werte stammen aus Versuchen und beziehen sich auf die μ-Werte, auf die entstehende Temperatur und auf den Verschleiß, die an diesem Material wahrend der Belastungsversuche gemessen wo, den sind. Die Messungen wurden in Abhängigkeit von der Belastung an zylindrischen Wälzelementen aus einem Material ausgeführt, das aus 75% MoS; und 25% technischem polymerisieren! Divnylbenzol zusammengesetzt war. Die Geschwindigkeit des Wälzelementes im Verhältnis zur Oberfläche des Belastungselementes, das aus gehärtetem und geschliffenem Kugellagerstahl besteht, war unveränderlich 1 m/sek. Das zylindrische .,WäUclcrnent hatte eine Länge von 10 mm und einen : Durchmesser., von · 8 mm. Die .Umgebungstemperatur ;war 250C. Die Versüchszeit betrug insgesamt 2 Stunden.
Dieselbe Tabelle enthält auch die entsprechenden Werte von μ, der Temperatur und der Belastungj gemessen unter identischen Umständen an Zylindern von gleichen Abmessungen aus mit Glasfasern verstärktem PTFE (insgesamt 20% Glasfasern) und aus reinem
PTFE. Pie Tabelle zeigt auch die Temperaturgrenze; falls diese überschritten wird, ist das geprüfte Material nicht mehr beständig.
Die Werte von μ stellen jenen Reibungskoeffizienten dar, bei dem dieser Faktor schließlich stabilisiert wurde, während die angegebenen Temperaturen sich auf diesen Koeffizienten beziehen.
Tabelle
Material
75% MoS3 (reines Pulver)
25% polymerisiertes,
technisches Divinylbenzol
PTFE mit 20% Glas
PTFE
Belastung μ Temperatur VerschleiU
kg C ram1
10 0,12 50 0,4
20 0,10 62 0,5
JO 0,25 140 0,6
10 0,33 83 0,8
20 0,35 100 8,0
5 0,10 10
Es wird darauf hingewiesen, daß die Werte der Belastung auf MoS2-DivinyIbenzol (in der TaLcIIe mit 10, 20, 30 kg angegeben) den Werten des Druckes auf die Rollen von 5,5; 7,8 und 9,5 kg/mm2 entsprechen. Der hier erwähnte Druck ist der Druck auf die Rolle, in dem Moment als der Versuch begann und der Zylinder mit dem Belastung ausübenden Element inlinearem Koniakt stand.
Ein Vergleich der μ-Werte, der Temperatur und des Verschleißes für verschiedene Materialien ergibt folgendes:
1) Unter gleichen Belastungen weist das Matetial gemäß der Erfindung einen niedrigeren μ-Wert auf als das mit Glasfasern verstärkte PTFE, während der μ- Wert von reinem PTFE etwas niedriger liegt.
2) Unter gleichen Belastungen ist die Oberflächentemperatur des erfindungsgemäßen Materials etwas niedriger als die bei dem mit Glasfasern verstärkten PTFE.
3) Unter gleichen Belastungen ist der Verschleiß am Material gemäß der Erfindung geringer als der an den bekannten Materialien.
4) Beim Anstieg der Belastung nimmt der Verschleiß an den bekannten Materialien von einem gewissen Wert an in sehr starkem Maße zu. während der Verschleiß des Materials gemäß der Erfindung nur bei bedeutend höheren Belastungen zunin.mt. Dieses Material kann also bei höheren Belastungen ohne eine bemerkenswerte Verschlechterung der Lebensdauer angewendet werden.
Das Vernältnis zwischen Belastung und Verschleiß für das erfindungsgemäße Material — Kurve 1 — und für PTFE mit 20% Glasfasern ■· Kurve 2 is: im Diagramm graphisch dargestellt, wobei W den Verschleiß in mm1 nach 2 Stunden bedeutet, jj während L die Belastung per Rolle in kg angibt.
5) Die Höchsttemperatur, bei der das Material gemäß der Erfindung in bezug auf Beständigkeit gebraucht werden kann, ist etwa dieselbe wie für PTFE.
ίο Ein zusätzlicher Vorteil des Materia's gemäß der Erfindung ist, daß es im Gegensatz zu PTFE einen abnehmenden μ-Wert bei zunehmender Geschwindigkeit aufweist.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist es
jj vorteilhaft, unter gewissen Umständen einen Teil oder das gesamte feste Schmiermittel M0S2 durch Graphit zu ersetzen. Obwohl in diesem Falle die Eigenschaften des Materials in bezug auf Reibungskoeffizient, Verschleiß und Belastungskapazität etwas beeinträchtigt werden,
4» kann dies durch den wirtschaftlichen Vorteil, durch die Anwendung von Graphit anstatt M0S2. ausgeglichen werd-.n.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen aus dem obenerwähnten Material hergestellten Gegenstand. Als Anwendungsgebiete werden Gleitlager, Einlagen in Wälzlagerkäfigräumen, Trennelemente zwischen den Rollen in Wälzlager usw. empfohlen.
Um die Zusammendrückbarkeit des hergestellten Gegenstandes, wie obenerwähnt, zu verbessern, könnte
-,ο dieser, gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, mit einer Verstärkung versehen werden. Eine derartige Verstärkung kann aus Glasfasern, Glasbelag oder Asbest bestehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und geringem Verschleiß bei verhältnismä-Big hoher Belastung, verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit und verhältnismäßig hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß es zu 50—90% seines Gewichtes aus einem üblichen pulverisierten festen Schmiermittel besteht, das durch ein polymerisiertes Gemisch von ungesättigten organischen Verbindungen mit einem Mindestgehalt an Divinylbenzol von 30% verbunden ist.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Schmiermittel ein Stoff oder 1 > ein Stoffgemisch von laminarer Struktur ist.
3. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Schmiermittel aus M0S2 besteht.
4. Material nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch 2» gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel aus einem polymerisieren Gemisch von technischem Divnylbenzol besteht, das mindestens 50% Divinylbenzol enthält.
5. Material nach Anspruch 4. dadurch gekenn- r> zeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Gewichtsteilen des MoSi und des polymerisieren technischen Divinylbenzol 75 : 25 beträgt.
6. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Schmiermittel aus Graphit »1 oder einem Gemisch von Graphit und MoS; besteht.
DE2442422A 1973-09-07 1974-09-05 Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten und geringem Verschleiß bei starker Belastung und hoher Geschwindigkeit Expired DE2442422C3 (de)

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