DE2927247A1

DE2927247A1 - Metallisches bauteil mit gleitschicht und verfahren zum aufbringen von dicken auflagen aus kunststoffen mit geringem reibungsbeiwert auf eine metallflaeche

Info

Publication number: DE2927247A1
Application number: DE19792927247
Authority: DE
Inventors: Constantino Vinciguerra
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1979-07-05
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB2024656B; US4248915A; SU1322970A3; IT7825354A0; IT1096985B; JPS5511897A; GB2024656A; ES482616A1; FR2430438B1; CA1127820A; FR2430438A1; DE2927247C2

Description

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Anm·:

NUOVO PIGIK)HE S.p.A.

Beschreibung

Metallisches Bauteil mit Gleitschicht und Verfahren zum Aufbringen von dicken Auflagen aus Kunst-, stoffen mit geringem Reibuugsbeiwert auf eine Metallfläche"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem es möglich wird, eine dicke und starke Auflage auf eine Fläche zu bringen, die aus einem Kunststoff mit geringem Reibungsbeiwert besteht, wie insbesondere Polytetrafluoräthylen.

Es ist bekannt, daß Polytetrafluoräthylen weitgehendst angewandt wird zur Herabsetzung der Reibungskoeffizienten zwischen zwei metallischen Flächen, die sich relativ zueinander bewegen· Da es praktisch unmöglich ist, reines Polytetrafluoräthylen auf eine metallische Fläche aufzukleben oder sonst wie zu fixieren, muß man ein derartiges Material auf dem Metallgegenstand durch mechanische Verankerung fixieren.

Es sind die verschiedensten Möglichkeiten für eine mechanische Fixierung zwischen metallischem Grundmaterial und Auflagematerial bekannt· All diese Verfahren verwenden rauhe Bereiche, hergestellt durch chemisches Ätzen, Sand-

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strahlen oder Aufs intern einiger Lagen von Bronzepulver an den Stellen des Grundkörpers, an denen die Einlage oder Auflage vorzusehen ist· Diese rauhen Bereiche ermöglichen ein Festhalten des aufgesinterten Auflagematerials auf dem Grundkörper und damit seine Verankerung.

Von all diesen bekannten Verfahren ist das mit dem Aufsintern von Bronzegranulat am wirksamsten. Nach diesem bekannten Verfahren werden an der Fläche, in die bzw. auf der eine solche Lage vorgesehen werden soll, kleine zylindrische, exakt gehöhnte Vertiefungen eingearbeitet eingearbeitet, die gleichmäßig mit Bronzegranulat gefüllt werden, die dann gesintert wird, indem die ganze Anordnung auf eine Temperatur von etwa 800⁰C aufgeheizt wird; nun wird Polytetrafluoräthylen auf die so vorbereitete Fläche aufgesintert. Das Polytetrafluoräthylen kriecht dabei in die feinen Zwischenräume der Sinterbronze und wird damit mechanisch am Untergrund fixiert»

Nachteilig an diesem Verfahren ist die vergleichsweise mäßig gute Verankerung des Gleitmaterials an dem Grundkörper. Aufgrund des großen Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten von Polytetrafluoräthylen und des Metallwerkstoffs, auf dem ersteres fixiert werden soll, und im Hinblick auf die Tatsache, daß mit Polytetrafluoräthylen verkleidete Bauteile im allgemeinen nur Arbeitstemperatüren zwischen 100 und 200⁰C zulassen, ist es offensichtlich unmöglich, in der Praxis Polytetrafluoräthylen-Lagen mit einer Materialstärke von mehr als 0,1 oder 0,2 mm anzuwenden, da Ja sonst das Gleitmaterial ausbricht.

Schließlich ist es auch nicht möglich, als Gleitmaterial Polytetrafluoräthylen mit Füllstoffen (gefülltes PTFE) anzuwenden, d.h. ein Gemisch von Polytetrafluoräthylen und Metallpulvern, das ohne Zweifel zu einem

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festeren und beständigeren Material führen würde als Polytetrafluoräthylen alleine. Darüberhinaus ist es aucb nicht möglich, einen Bauteil mit einer Lage aus gefülltem PTi¹E spanend zu bearbeiten. Schließlich sind die beträchtlichen Kosten für diese Verfahren aufgrund der Notwendigkeit, beträchtliche Mengen von Bronzegranulat anzuwenden, zu beachten. Auch läßt sich so ein Gleitmaterial nur auf eine nicht zu große Anzahl von Werkstoffen aufbringen, d.h. man kann sie nur auf Unterlagen vorsehen, welche Temperaturen in der Größenordnung von etwa 800⁰O, die für das Sintern des Bronzegranulats erforderlich sind, zu widerstehen vermögen.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Verfahren, welches obige Nachteile nicht aufweist und zu einer stabilen mechanischen Verankerung zwischen Grundkörper und Gleitmaterial führt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man in die Metallfläche, in welcher Polytetrafluoräthylen fixiert werden soll, eine Anzahl von parallel nebeneinander liegende Nuten oder Rillen einzuarbeiten, woraufhin eine Kaltbearbeitung an abwechselnden, aufeinander folgenden Bereichen der Stege zwischen den Rillen in mehreren Verfahrensstufen vorgenommen wird. In die Rillen wird dann Polytetrafluoräthylen eingefüllt und in entsprechender Stärke aufgeschichtet und dann eingesintert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Rillen auf einer Drehbank hergestellt. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden an den Stegen abwechselnd Vorsprünge oder Nasen (jumping up) in der Kälte dadurch geformt, daß diese unter einer Walze durchgeführt wird, die längsaxiale Rändelräder aufweist. Die Walze wird gegen die Stege gedrückt und dadurch mit Hilfe der Rändelräder transversal zu den Rillen in den

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Steg Vertiefungen eingepreßt.

Die auf diese Weise erhaltenen Vorteile sind offensichtlich» In erster Linie ist dies ein besonders wirtschaftliches Verfahren, weil man kein Bronzegranulat benötigt, und es damit möglich wird, derartige Gleitschichten bei einer größeren Anzahl von Werkstoffen der Grundkörper zu fixieren, da man nun keine Temperaturen bis hinauf zu 800⁰C zum Sintern des Bronzegranulats benötigt. Man braucht jetzt nur noch Temperaturen in der Größenordnung von 400⁰O, um das gegebenenfalls mit Füllstoffen versehene Polytetrafluoräthylen zu sintern« Das Gleitmaterial kann in die vergleichsweise breiten Rillen kriechen und bildet durch die Nasen sowie die hintersohneidenden Vorsprünge innerhalb der Rillen, welche von dem Stauchen der Stege herrühren, praktisch eine Einheit mit dem Grundkörper. Es wird nun erfindungsgemäß nicht nur möglich, Ein- und Auflagen aus mit Füllstoffen versehenem Polytetrafluoräthylen herzustellen und diesen Verbundwerkstoff auch zu bearbeiten, sondern man kann auch relativ hohe Temperaturen erreichen ohne der Gefahr, daß das Gleitmaterial wegbricht, so daß aas Gleitmaterial in beträchtlicher Stärke vorsehen kann, nämlich in der Größenordnung von einigen Millimetern, das ist etwa das 1Ofache von dem, was man bisher erreichen konnte.

Schließlich führen die erfindungsgemäß verformten Stege, deren Fläche nun etwas unterhalb der der Ein- bzw. Auflage liegt, zu einer wirksamen Ableitung eines Wärmestaus während des Einsatzes des Verbundmaterials.

Aus obigem geht hervor, daß die vollständig zufriedenstellende mechanische Vereinigung von gegebenenfalls gefülltem Polytetrafluoräthylen mit dem Grundkörper von der Ausgestaltung der Rillen, was ihre Breite und Tiefe anbelangt, und von dem Abstand zwischen den Rillen und insgesamt der Höhe der Stege abhängt.

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ORIGINAL INSPECTED

Ganz allgemein kann man sagen, daß die Größe der Rillen die Menge an Polytetrafluorethylen, welche eingebracht werden kann, bestimmt. Diese Menge soll natürlich weder zu gering sein, um nicht eine wirksame Verankerung zu schwächen, noch sollte sie zu groß sein, um eine Verschwendung von Gleitmaterial zu verhindern· Die Rillengröße auf dem Grundkörper ist so zu wählen, daß eine entsprechende Anzahl von Rillen eingearbeitet werden kann. Die Breite der Stege muß in entsprechender Weise die Ausbildung von hinterschneidenden Vorsprüngen und nicht nur ein Verbiegen der Stege ermöglichen· Letzteres würde möglicherweise der Pail sein, wenn die Stege zu schmal sind.

Es wurde nun durch Versuche festgestellt, daß für eine sehr zufriedenstellende Haftung zwischen Gleitmaterial und Grundkörper die Breite der Stege (s) 0,01 bis 0,2 mm, ja sogar bis etwa 1 mm betragen kann, was demnach auch der Eingriffsbreite des Gleitmaterials entspricht. Die Dimensionen der Stege müssen eine Funktion deren Breite s sein.

Die Rillen müssen eine Tiefe entsprechend (3,5 4,5) x s haben, wobei die Rillentiefe der (2,5 - 3,5) x s entsprechen soll.

Die Erfindung wird an beiliegenden zeichnungen weiter erläutert, wobei nach dieser bevorzugten beispielhaften Ausführungsform technische und konstruktive Änderungen und Abwandlungen möglich sind.

In den Zeichnungen ist die Herstellung einer Auflage von Gleitmaterial auf einem Teil eines oberflächlich ebenen toroidalen Rings mit rechteckigem Querschnitt gezeigt.

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Pig. 1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht

des toroidalen Rings, an dessen oberer Fläche sich ringförmige Rillen befinden;

Pig. 2 zeigt eine Querschnitts-Ansicht des toroidalen Rings nach Pig. 1;

Pig. 3 ist eine schematisohe perspektivische Darstellung der Verformung der Stege zwischen den Rillen des toroidalen Rings mit Hilfe eines Rändelrad-Werkzeugs;

Pig. 4 zeigt eine teilweise perspektische Ansicht des toroidalen Rings aus Pig. 1 mit den verformten Stegen;

Pig. 5 ist eine Querschnittsansicht von vorne des toroidalen Rings aus Pig. 4;

Pig. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Toroidalen Rings mit einer PolytetrafIuoräthylen-Ein- und -Auflage nach der Erfindung und

Pig. 7 zeigt einen Querschnitt durch den toroidalen Ring nach Pig. 6, und zwar von einem Bereich, in dem gerade kein Stauchen stattgefunden hat«

Der toroidale Ring 1 soll auf seiner ebenen Ringfläche mit einer einige Millimeter starken Auflage aus Polytetrafluoräthylen versehen werden. Zu diesem Zweck sind die beiden Seitenteile 2 und 3 der ebenen Ringfläche tiefer gesetzt, z.B. um 0,5 mm, was durch Abdrehen ge-Bchehen kann. In dem restlichen ringförmigen Teil der ebecen Pläche sind durch Drehen eine Anzahl von konzen-

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trischen Rillen 4 mit einer Tiefe von beispielsweise 2 mm und einer Breite von etwa 2 mm eingearbeitet. Zwischen ihnen befinden sich Stege 5, deren Breite etwa 0,5 mm beträgt.

Das Verformen (Stauchen bzw. Verdicken) der Rillen 5 erfolgt - wie in Pig. 3 angedeutet - mit Hilfe eines Werkzeugs 6 mit Längs-Rändelrad 7 an dem Schaft 8. Dieses Werkzeug wird mit Hilfe der Kraft P auf die Stege gedruckt, wobei die Zähne des Rändelrads 7 rechtwinklig zu den Stegen stehen. Der toroidale Ring 1 wird nun im Sinne des Pfeils 9 gedreht. Das Ergebnis davon ist der Pig. 4 zu entnehmen. Man erkennt daraus Eindrücke in den Stegen im Abstand. Diese Eindrücke (Stauchungen) führen zu (hinterschneidenden) Vorsprüngen 10, die das Innere der Rillen 4 einengen. Wo derartige Stauchungen nicht stattgefunden haben, bleiben Nasen 11 stehen.

Auf das so bearbeitete Bauteil wird nun Polytetrafluoräthylen, gegebenenfalls enthaltend einen Füllstoff, in einer Stärke von einigen Millimetern aufgesintert. Diese Auflage 12 kann nun durch die hervorragende Haftung bzw. Verankerung von Kunststoff und Metall, wie aus Pig. und 7 zu erkennen ist, nachbearbeitet werden, wobei die Kunststoffschicht geglättet und rechteckig im Querschnitt gemacht wird und schließlich die Kanten abgeschrägt werden können.

Außer Polytetrafluoräthylen kann man als Kunststoff mit geringem Reibungsbeiwert (Gleitmaterial) natürlich auch beliebige andere Materialien, insbesondere wärmehärtende Harze anwenden. Auch ist es natürlich möglich, die Rillen und die Endbearbeitung nicht nur durch Drehen, sondern durch andere metallbearbeitende Verfahren vorzunehmen.

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Claims

Patentansprüche

1, Metallisches Bauteil mit fest verankerter Auflage aus einem Kunststoff mit einem geringen Reibungsbeiwert, gekennzeichnet durch in zumindest eine Fläche mechanisch eingearbeitete Rillen (4) zwischen Stegen (5), wobei die Stege in die Rillen (4) ragende Vorsprünge (10) und die Stege (5) überragende Nasen (11) aufweisen und die Kunststoff-Auflage (12) in die Rillen und über die Stege mit den Nasen reicht»
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege 0,1 bis etwa 1 mm breit sind.
3· Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillentiefe die 3,5 - 4,5-fache und die Rillenbreite die 2,5 - 3,5-fache Stegbreite ist;

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ORIGINAL INSPECTED
4. Verfahren zur Herstellung der Gegenstände nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in die FlacheCn) des metallischen Bauteils parallel nebeneinanderliegende von Stegen getrennte Rillen einarbeitet und die Stege in Längsrichtung unter Druck mechanisch verformt, woraufhin man das Material mit geringem Reibungs— beiwert in die Rillen und auf die iFläche(n) aufbringt und sintert.
5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß man die Rillen durch Drehen einarbeitet,
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e kennze ichnet , daß man die mechanische Verformung der Rillen mit Hilfe eines Rändelrades vornimmt.

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