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Verbund-Schichtwerkstoff
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbund-Schichtwerkstoff mit
metallischer Trägerschicht und einer mit der Trägerschicht verbundenen Reib- bzw.
Gleitschicht mit einer Matrix auf der Basis von fluorhaltigen Polymeren.
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Kunststoffe, wie PVDF, FEP, PTFE sind von allen Kunststoffen,! die
heute in den unterschiedlichsten Bereichen der industrielen Fertigung verwendet
werden, die besten, da sie überlegene chemische Beständigkeit oder Oberflächeneigenschaften
und noch hervorragendere Reibwerteigenshaften besitzen.
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Außerdem besitzt PTFE von diesen Kunststoffen zusätzlich zu den vorstehend
erwähnten überlegene Eigenschaften eine weitere, nämlich eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit.
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Allerdings b esitzen diese auch den Nachteil, daß sie schwache Verbindungs-
oder Verklebungseigenschaften aufweisen.
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Der verwendete Ausdruck "Polyvinylidenfluorid" bezieht sich nicht
nur auf ein normalerweise festes, hochmolekulares Homopolymer von Vinyliden fluorid,
sondern auch auf normalerweise feste Copolymere von Vinylidenfluorid mit einer Mehrheit
von Vinylidenfluorid-Einheiten. Diese können beispielsweise Copolymere bis zu 30
Mol.-% an comonomeren Tetrafluoräthylen, Trifluoräthylen, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen
sowie weitere andere bekannte Monomere sein.
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be Die Copolymere /sitzen dabei in bezug auf die Verwendung im wesentlichen
die gleichen Eigenschaften wie das Homopolymer.
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Der verwendete Ausdruck "PTFE" bezieht sich auch aud niedermolekulare
Tetrafluoräthylenpolymere, die durch Pyrolyse von normalerweise festem, hochmolekularem
PTFE erhalten werden. Diese PTFE-Teilchen können so hergestellt werden, indem man
ungesintertes Polytetrafluoräthylen, welches man durch Polymerisation von Tetrafluoräthylen
in wässriger Suspension oder Dispersion erhalten hat,Beta- oder Gammastrahlung einer
Intensität zwischen 5 bis 50 Mrad aussetzt und und so ein Molekulargewicht vermindert/es
dabei zu einem wachsartigen Produkt abbaut.
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Reibungsarme, verschleißfeste und temperaturbeständige Gleitwerkstoffe,
deren Hauptkomponente ein Fluorkohlenwasserstoffpolymer, z.B. Polyvinylfluorid oder
Polyvinylidenfluorid ist, sind bekannt.
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So wird eine selbstschmierende Fluorkohlenwasserstoffpolymer-Mischung
in der DE-OS 19 25 000 beschrieben, welche 40 bis 75 Gew.-% Polyvinylidenfluorid,
etwa 10 bis 35 Gew.-% Polytetrafluoräthylen und etwa 5 bis 30 Gew.-% eines oder
mehrerer Telomere der Formel R-(CF2-CF2 )n-X enthält.
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Der Einsatz solcher selbstschmierender, aus Polyvinylidenfluorid,
Polytetrafluoräthylen bestehender Polymer-Mischung aus Formmassen ist jedoch begrenzt.
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Das Fehlen eines festigkeitserhöhenden Trägerwerkstoffes verhindert
den Einsatz bei dünnwandigen Gleitlagerelementen, da bei hochbelasteten Teilen die
mechanischen Eigenschaften nicht mehr ausreichend sind.
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In der DE-OS 25 45 897 wird eine Form- bzw. Überzugsmasse beschrieben,
welche aus etwa 25 bis 99 Gew.-°% eines Mischpolymers von 3,3 ,3-Trifluor-2-Trifluormethylpropen
und Vinylidenfluorid und etwa 75 bis etwa 1 Gew.-% eines niedermolekularen feinteiligen
Polytetrafluoräthylenharzes enthält.
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Verwendet werden diese Überzugsmassen al fertigen Gegenständen,! wo
zusammenhängende Schichten, Karte, chemische Beständigkeit , nichtklebende Eigenschaften
und Abriebbständigkeit gefordert werden.
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Der Nachteil dieser Überzugsmassen, die z.B. durch elektrostatische.
Pulversprühmethoden, Wirbelschicht- und Pl=asmasprühmethoden oder Clammsprühmethoden
hergestellt werden, liegt darin, daß zur Herstellung einer porenfreien Schicht Dicken
von 0,13 mm bis 2,5 mm erforderlich sind.
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Die Haftung dieser Überzugsmassen bei einer nachfolgenden Umformung
durch Biegen, Stauchen oder ähnlichem führt zur Ablösung der Schícht vom metallischen
Substrat, so daß das Bauteil nicht mehr verwendet werden kann.
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Nachteilig auf die Bindungs- bzw. Verklebungseigenschaften bei Fluorkohlenwasserstoffpolymeren
wirkt sich deren antiadhäsives Verhalten aus.
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Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um den Nachteil
einer mangelhaften adhäsiven Bindung zu beseitigen.
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In der DE-OS 18 06 551 wird ein Verfahren zum Beschichten von Metallen
mit Polyvinylfluorid beschrieben. Eine Bindung des Polyvinylfluorides zu einer Metalloberfläche
wird durch das Aufbringen einer haftvermittelnden Grundschicht auf dem Substrat
erreicht. ~~~~~ ~~~
Diese haftvermittelnde Grundschicht mit einer
Dicke von bis 20 Am besteht aus einem Gemisch aus Metalloxiden und Polyvinylfluorid-Pulver
im Gewichtsverhältnis 1 : 3 bis 1 : 8, welches in einem latenten Lösungsmittel suspendiert
oder dispergiert worden ist. Vor Aufbringen der Deckschicht muß diese haftvermittelnde
Grundschicht bei einer Temperatur zwischen 230 und 3200C eingebrannt werden.
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Weiter sind polyvinylfluoridbeschichtete Stahlbleche in den Handel
gekommen, bei denen z.B. auch galvanisch verzinkte Stahlbleche mittels eines haftvermittelnden
Klebers, beispielsweise auf der Basis von Methacrylsäureestern, mit einer Polyvinylfluorid-Folie
kaschiert sind, welche in der DE-OS 1 806 551 offenbart sind.
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Bekannt ist die Verwendung von Klebeschichten auf Basis von Acrylaten,
Epoxiden, Polyestern u.a., die getrennt auf das metallische Substrat aufgebracht
werden und als Haftvermittler für eine nachfolgende Beschichtung mit PVF-LösungsmittelY
Dispersionen verwendet werden.
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Diese Verfahren sind jedoch wenig geeignet, eine bei der Umformung
und hohen Belastungen ausreichende adhäsive Bindezone herzustellen, da die aggressiven
Lösemittel der Dispersionen bei den relativ ho-hen Einbrenntemperaturen
die
Kleberschicht zu stark auf- bzw. anlösen und dadurch eine brauchbare PVF-Verbindung
nicht erreicht wird.
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Die Herstellung einer haftvermittelnden Zwischenschicht als Grundschicht,
auf Basis einer lösungsmittelhaltigen Dispersion, erfordert eine blasen- und porenfrei
Oberfläde, die nur durch langsames Ablüften des Lösungsmittels erreicht werden kann
(DE-OS 18 06 551).
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Das nachfolgende Einbrennen dieser Grundschicht stellt außer dem einen
zusätzlichen energieaufwendigen Arbeitsgang dar.
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Da dieses Beschichtungsverfahren als Korrosionsschutz eingesetzt wird,
sind die hergestellten Schichten über den Werkstückquerschnitt nicht in dem Maße
gleichmäßig, wie sie für Präzisionsteile, z.B. Gleitlager, erforderlich wären.
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Ein weiteres Verfahren zum Verbinden eines Fluorkunststoffes mit einem
Substrat wird in der DE-OS 24 36 424 beschrieben.
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Das Substrat wird ebenso wie der Fluorkunststoff über die Schmelztemperatur
des Fluorkunststoffes erwärmt und durch Herstellung des Kontaktes und dessen Beibehaltung
bis zir Ausbildung maximaler Kristallisation des Fluorkunststoffes 1 abgekühlt.
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Erfolgt eine rasche Abkühlung der Fluorkuntstoffe, nachdem sie durch
Erwärmen geschmolzen wurden und mit einem Substrat, beispielsweise einem metallischen
Trägerwerkstoff, das damit beschichtet wurde, verklebt, kann angenommen werden,
daß innere Spannungen auftreten die durch Kohäsionskräfte verursacht wurden, die
in dem verbundenen Teil der Fluorkunststoff während des Erwärmens gebildet werden
und an der Grenzfläche der Bindung konzentriert sind.
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Die Haftungseigenschaften von Fluorkunststoffen an einem Substrat
werden somit stark durch das gewählte Abkühlverfahren beeinflußt.
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Aufgrund der durch die Kohäsionskräfte auftretenden inneren Spannungen,
die innerhalb des verbundenen Teils der Fluorkunststoffe gebildet werdenXund ihre
Konzentration an der Grenzfläche Fluorkunststoff/Substrat, steht in einem direkten
Zusammenhang mit der Temperatur, bei der die Kristallisation der Fluorkunststoffe
abläuft.
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Das in der DE-OS 24 36 424 beschriebene Verfahren geht dahin, daß
man das Substrat und den Fluorkunststoff auf mindestens den Schmelzpunkt bzw. Gel-Punkt
des Fluorkunststoffes +1000C erwärmt, den Fluorkunstsoff in geschmolzenem Zustand
mit dem Substrat in Kontakt hält und den Verbund innerhalb eines definierten Temperaturbereichs
mit einer Abnahmerate von 5 min oder weniger langsam abkühlt.
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Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß zur Herstellung
einer ausreichenden Haftung Temperaturen erreicht werden, bei denen Fluorkunststoffe
bereits chemisch zersetzen und gesundheitsschädigende Stoffe freigesetzt werden.
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Ein weiterer Nachteil ist die lange Kontakthaltezeit im geschmolzenen
Zustand der Fluorkunststoffe zum Substrat sowie die langsame Abkühlgeschwindigkeit
zum Erreichen einer hoh n Kristallinität der Fluorkunststoffe. Dieses Verfahren
ist -somit nicht für eine kontinuierliche Herstellung und damit für eine wirtschaftliche
Fertigung geeignet.
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Bekanntlich verschlechtert sich das Bindungsverhalten bei Fluorkunststoffpolymeren
je mehr Fluoratome sich im Grund- -baustein des einzelnen Polymers befinden. So
nimmt z.B.
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in der Reihenfolge Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluoräthylen
die Adhäsivität ab.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen'reibungsarmen, temperaturbeständigen,
hochverschleiBfesten Verbund--Schicht werkstoff zu schaffen, dessen Gleitschicht
aus einem Fluorpolymer-Gemisch und einem Zusatzstoff besteht und der mit einem weiteren,
die Gleiteigenschaften verbessernden anorgaIiischen oder organischen Stoff gemischt
sein kann, der in pulveriger Form vorliegt.
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Die Aufgabe der Erdindung wird dadurch gelöst, daß in die Matrix ein
Zusatzwerkstoff mit einer Dichtet 8 gr/cm im Volumenverhältnis zur Reib- bzw. Gleitschicht
zwischen 5% und 35%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.-% aufgenommen ist.
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Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß fluorhaltige Polymere
mit ausgeprägen antiadhäsiven Eigenschaften durch ein kontinuierliches Beschichtungsverfahren
des fortlaufenden metallischen Trägerwerkstoffes durch Zugabe von Zusatzwerkstoffen,
die eine Dichte > 8 gr/cm³ haben, die Flächenbindung der Fluorpolymere zum Substrat
so erhöhen, daß die nachfolgenden Umformungen des Verbund-Schichtwerkstoffes zu
Gleitlagerelementen ohne Schwächung der Bindungszone und ohne Ablösung der am Substrat
anhaftenden Reib-bzw. Gleitschicht bei dynamischer Belastung standhalten.
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Durch diese gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbesserten
und einfacher herzustellenden erfindungsgemäßen Gleitlagerwerkstoff ist eine wesentlich
einfachere und wirtschaftlichere Herstellungsmethode einsetzbar.
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In vorteilhafter Weise kann die Matrix im wesentlichen aus Polyvinylidenfluorid
gebildet sein und ggf. mindestens einen additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften
verbesser1-den Stoff als Einlagerung enthalten, wobei der Zusatzwerkstoff in Pulverform
vorliegen kann und eine Kornfraktion
In von < 40 Am aufweist,/ebenso
vorteilhafter Weise kann der Zusatzwerkstoff ein Gemisch aus zwei oder mehreren
in Pulver form vorliegenden Stoffen bestehen, deren Dichte # 8 gr/cm³ ist. In einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Zusatzwerkstoff als einheitlicher
Stoff mit einer Dichte P # 8 gr/cm³ vorliegen oder aus einem der folgenden Stoffe
ender einem Gemisch aus zwei oder mehreren der folgenden Stoffe bestehen: Blei,
Blei-Zinn-Legierung, bzw. Blei mit 2% Zinngehalt, Bleioxid, Bleisulfid.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Reib- bzw.
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Gleiteigenschaften verbessernden additiven Stoffe organische Art sein
bzw. PTFE oder anorganischer Art sein bzw. Graphit, Molybdänisulfid und andere.
Dabei kann die Gesamtheit der additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden
Stoffe in einem Mischungsverhältnis bezüglich des Zusatz werkstoffes zwischen 5
und 50 Vo.-%, vorzugsweise 10 bis 30 -Vo.-% vorgesehen sn und in Pulverform mit
einer Kornfraktion von 40,um vorliegen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Reib- bzw.
Gleitschicht aus nachfolgend genannten Elementen bestehen: Abrieb Reibwert 60 Vol,-
PVDF 1 Fm 105 N 30 Vol.-% Pb mit 2% Sn Kornfraktion 100% - 40 um
10
Vol.-% niedermolekulares PTFE In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform kann
die Reib- bzw. Gleitschicht aus Abrieb Reibwert 55 Vol.-% PVDF 1,5 um 98 N 25 Vol.-%
Pb/PbO Kornfraktion 100% cL 40 um 20 Vol.-% PPS /PTFE NM bestehen.
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In einer dritten vorteilhaften Weise kann die Reib- bzw.
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Gleitschicht aus nachfolgende genannten Elementen bestehen: Abrieb
Reibwert 60 Vol.-% PVDF 30 Vol.-% Pb/PbO g 40 hm 10 Vol.-% PTFE NM 100 Vol-% PTFE
NM 6 Fm 45 N als Deckschicht In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die die
Reib-bzw. Gleitschicht tragende Oberfläche der Trägerschicht mechanisch aufgerauht
sein und die gerauhte Oberfläche der Trägerschicht kann einen aufgesinterten oder
aufgespritzten Rauhgrund aus gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften aufweisenden, metallischen
Material aufweisen.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes kann
in einem kontinuierlichen Durchlauf ausgeführt werden, wobei in besonders vorteilhafter
Weise folgende Verfahrensschritte aufgezeigt werden können: a) DaE die Matrix hildende
fluorhaltige Polymere, der Zusatzwerkstoff mit Dichte f, # 8 gr/cm³ und Kornfraktion
100% 5 40 µm und ggf. der additiven, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde
Stoff mit Kornfraktion 10004 # 40 µm intensiv miteinander vermischt werden können
und auf die vorbereitete Oberfläche des metallischen Trägermaterials als Pulvergemisch
oder in Form einer Suspension bzw. Paste gewünschter Dicke aufgetragen werden kann;
b) de Matrix kann unter Bildung der Gleit- bzw. Reibschicht auf der Oberfläche des
metallischen Trägermaterials unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffs
und ggf. additiven Stoffes zusammengeschmolzen werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Gemisch
von dem die Matrix bildenden fluorhaltigen Polymeren, Zusatzwerkstoff und ggf. additiven
Stoff mittels eines flüchtigen Lösungsmit'tels in die Form einer Suspension übergeführt
werden. Anschließend kann die Suspension in einer aufs bekannten Möglichkeiten gewählten
Weise auf die vorbereitete Oberfläche des Trägerwerkstoffes aufgebracht werden.
in besonders vorteilhafter Weise kann während der Einstellung der für die
gewählte
Aufbringungsweise geeigneten Viskosität in der Suspension und während des Aufbringens
auf die Oberfläche des Trägerwerkstoffes der Zusatzwerkstoff in der Suspension,
der in Teilchenform vorliegt, in der Schwebe gehalten werden, wobei in ebenso vorteilhafter
Weise das latente Lösungsmittel aus der aufgetragenen Schicht unter Wärmewirkung
abgedampfttund die Matrix wird unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffes
und des additiven Stoffes zusammengeschmolzen.
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In einem besonders vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Suspension
in ihrer Viskosität in Art eines Tauchbades eingestellt werden, in welchem der Trägerwerkstoff
durch Tauchen beschichtet werden kann. In ebenso vorteilhafter Weise kann die Suspension
in ihrer Viskosität| zum Aufspritzen auf die zu beschichtende Oberfläche des Trägerwerkstoffes
eingestellt werden.
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In einem anderen Verfahrensschritt kann die Suspension elektrotatisch
auf die zu beschichtnde Oberfläch.e des Trägerwerkstoffes gespritzt werden und ebenso
läßt sich die Suspension in vorteilhafter Weise durch Luftsprühen auf die zu beschichtende
Oberfläche des Trägerwerkstoffs nützen.
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In einem besonders vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Suspension
unter Fliehkraft auf die Innenseite des rotatonssymmetrischen Körpers aufgebracht
werden rund dazu in ihrer Viskosität zum Einschleudern auf die zu beschichtende
Innenseite eines rctationssymmetrischen Körpers eingestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Weise kann eine definierte Menge
der Suspension zum Einschleudern in die öffnung des rotationssymmetrischen Körpers
eingegeben werden. Dabei kan in vorteilhafter Weise der mit einer Reib- bzw. Gleitschicht
zu versehende rotationssymmetrische Körper vor Einbringen der Suspension auf eine
erhöhte Temperatur gebracht werden, bzw. auf eine Temperatur von 2800C. In einem
weiteren vorteilhaften Verfahrensschritt kann die Umfangsgeschwindigkein des rotationssymmetrischen
Körpers entsprechend der -Viskosität der Suspension bzw. entsprechend dem Innen-Durchmesser
des rotationssymmetrischen Körpers abgestimmt werden 0 In vorteilhafter Weise kann
der rotationssymme-trische Körper mit aufgebrachter Reib- bzw. Gleitschicht in einer
Abkühlstation gezielt abgekühlt werden undim Anschluß daran kann -die aufgeschleuderte
Reib- bzw. Gleitschicht des rotationssymmetrischen Körpers mechanisch, kalt verdichtet
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß in einem kontinuierlichen
Verfahren ohne Zuhilfenahme einer die Bindefestigkeit erhöhenden Zwischenschicht
Fluorpolymere(, die sich durch antiadhäsive Eigenschaften auszeichnen, auf einen
Trägerwerkstoff aufgebracht werden, so daß ein zu Gleitdementen weiter verarbeitbarer,
mit hervorragender Bindung ausgestatteter Verbund-Schichtwerkstoff mit ausgezeichneten
Verschiiß- und Reibwerten hergestellt wird.
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Die Schichtdicke der aufgebrachten Kunststoffmischung kann extrem
dünn aufgetragen werden bzw. 50/um. Es lassen sich aber auch erheblich dickere Schichten
bis 1 mm auftragen, ohne daß Schichtdicken außerhalb der vorgegebenen Toleranz zu
befürchten sind.
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Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Reib- bzw. Gleitwerkstoff
durch verschiedene bekannte Methoden aufgebracht werden, bzw. durch Aufstreuen des
pulverförmigen Beschichtuniswerkstoffes oder einem regelbaren Streubalken oder mittels
elektrostatischer Pulverbeschichtung. Im Rahmen der Erfindung hat sich das Aufbringen
der erfindungsgemäßen Beschickt tungsmasse über einen regelbaren Streubalken als
am geeignetsten erwiesen, da aufgrund der gewählten Kornfraktion der Beschichtungsmasse
eine äußerst gleichmäßige, dichte Schicht ohne Streuverluste hergestellt wird und
die ReSe-bzw. Gleitschicht-Oberfläche nach dem Durchlaufen der einzelnen lieizzonen
aufgrund der dichten Pulverschicht
so gleichmäßig ist, daß keine
weiteren Verfahrensschritte, z.B. Kalibrieren des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes
erforderlich sind.
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Nah dem Auftragen der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse auf dem
Trägerwerkstof-f wird das beschichtete, bandförmige Material zuerst in einem induktiv
beheizte Ofen geschmolzen| und anschließend durch eine Ofenanlage mit getrennt regelbarerOber-
und-- Unterhitze geführt.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß durch das
Anschmelzen der Beschichtungsmasse von der Unterseite sichergestellt ist, daß die
den verbesarten Haftungsmechanismus auslösenden Fluorpolymer-Beschichtungsmasse
auf-; grund der durch den Zusatzstoff erreichten, erhöhten statischenDruck auf die
Bindezone eine optimale Haftung der Fluorpolymere zum Trägerwerkstoff erreicht wird.
Durch die getrennte Regulierung der Temperatur der Ober- und Unter hitze im Durchlaufofen
ist gewährleistet, daß der fortlaufende beschichtete Trägerwerkstoff ohne Haltezeiten
bei kurzen Verarbeitungszeiten ein sicheres, vollst-ändiges Aufschmelzen der erfindungsgemäßen
Beschichtungsmasse ohne Zersetzung dieser erfolgt.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal stein abgestimmtes Abkühlen
des bandförmigen Verbund-Werkstoffes, um innere Spannungen innerhalb der Gleitschicht
zu vermeiden. Dieser
geregelte Abkühlvorgang kann ohne Schwierigkeit
innerhalb des Produktionsprozesses ausgeführt werden, so daß keine Produktionsstillstandszeiten
zu befürchten sind und das bandförmige Schichtmaterial soweit abgekühlt wird, daß
das Band zu einer Rolle aufgewickelt wird und ohne thermische oder mechanische Nachbehandlung
zu herkömmlichen Gleitlagerelementen weiter verarbeitet werden kann.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß ein Fluorpllymer-Werkstoff
ohne Zwischenschicht auf einen Trägerwerkstoff aufgebracht und ohne eine gesonderte
Nachbehandlung kontinuierlich in einem einzigen Durchgang hergestell werden kann.
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Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich bevorzugt
ein Schichtwerkstoff mit einem Trägerwerkstoff aus Stahl DIN 1624, Qualität St 3,
bevorzugt St 4, herstellen.
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Infrage kommen jedoch auch andere metallische Trägerwerkstoffe, beispielsweise
Aluminium, Alu-plattierter Stahl, kupferhaltige Trägerwerkstoffe, in Betracht. Grundsätzlich,
kann die Dicke der Stützwerkstoffe beliebig sein, in der bevorzugten Ausführung
jedoch zwischen 0,2 mm bis 2,5 mm.
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Die aufzubringende, reibungsarme erfindungsgemäße Schicht kann zwischen
SOjim und 1 mm dick sein, bevorzugt zwischen 80 bis 200 gm. Zur Erzielung eines
extrem niedrigen Reibwertes unter Beibehaltung der hervorragenden Verschleißeigenschaften
kann auf die erfindungsgemäße Beschichtungsmasse vor dem Einlaufen in die induktiv
beheizte Zone eine 5 bis.20,um, bevorzugt 5 bis 10'um dicke Schicht aus einem die
Reibungseigenschaften verbessernden Stoff aufgebracht werden. Der die Reibeigenschaften
verbessernde Stoff kann dabei eine Korngröße von maximal 0,1 bis 5 µm aufweisen.
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Durch das, nach der induktiv beheizten Zone angeordnete Walzenpaar
wird der die Reibeigenschaften verbessernde Zusatzstoff in die erfindungsgemäße
Beshichtungsmasse gedrückt.
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Durch diese Maßnahme wurde gegenüber der reinen Beschichtungsmasse
ein um 15% geringerer Reibwert festgestellt.
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Die Ausführungsmöglichkeiten für die Herstellung des erfindungsgemäßen
Schichtwerkstoffes sowie der für die Durchführung des Verfahrens zu benutzenden
Anlage wird im folgenden beschrieben.
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Beispiel 1: Das Aufrauhen der mit der erfindungsgemäßen Reib- bzw.
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Gleitschicht zu versehenden Oberfläche der metallischen Trägerschicht
kann durch mechanische Verfahren, beispielsweise Strahlen i Bürsten oder Schleifenerfo1gen
Die
Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes und eine beispielhafte Zusammensetzung
sind nachstehend beschrieben: 60 Vol.-% Polyvinylidenfluorid 30 Vol.-% Blei mit
2% Zinn und einer Kornfraktion 100% c 40,um 10 Vol.-% niedermolekulares PTFE.
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Der Mischvorgang der Komponenten erfolgt über 2 Stunden in einem Turbularmischer.
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ZUr Feststellung der Verschleißrate werden folgende Bedingungen an
einer Abriebprüfmaschine festgelegt: Gleitgeschwindigkeit: 100 min = 0,523 m statische
Belastung: 700 N spezifische Belastung: 8,9 N/mm2 pV-Wert: 4,68 N/mm² . m/s Prüfplättchen-
/: 10 mm Prüfwalzen-q: 100 mm Härte der Prüfwalze/: 60 HRC Versuchsdauer: 30 min
Oberflächenrauhigkeit der Prüfwalze: Rt 2,84 um Ra 0,24 um Rz 1,78 hm Verschleißrate:
1 um
Beispiel 2 Eine weitere erfindungsgmäße Möglichkeit zur Herstellung
1 des Schichtwerkstoffes besteht darin, das Fluorpolymer Polyvinylidenfluorid durch
ein latentes Lösungsmittel, bzw. Dimethyl formamid ( IN) aufzulösen und dem Zusatzstoff
der eine spezifische Dichte # 8 gr/cm³ aufweist und daß die Gl,eiteigenschaften
verbessernde Mittel mittels eines schnell laufenden Rührers in das gelöste Fluorpolymer
einrührt.
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Durch die Menge des Lösungsmittels, bezogen auf den Anteil des Fluorpolymers,
kann die Viskosität so eingestellt werden, daß der Zusatzstoff, der eine spezifische
Dichte # 8 gr/cm-3 aufweist in Schwebe gehalten wird und die Homogenität der erfindungsgemäßen
Mischung erhalten bleibt. -Diese so hergestellte niecrigviskose homogene Beschichtungs
masse kann beispielsweise über einen regelbaren-- Streichbalken aufgetragen werden.
Ist für andere Anwendungsfälle eine extrem dünne Anwendung erforderlich, kann durch
erhöhte Zugabe des latenten Lösungsmittels die Viskosität der erfindungsgemäßen
Beschichtungsmasse soweit herabgesetzlt werden1 daß das Beschichten durch Tauchen
oder Spritzen mittels elektrostatischer oder Luftsprühvorrichtungen oder ähnlich
bekannten Beschichtungsverfahren möglich ist.
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Gespeist werden diese Vorrichtungen aus einem abgeschlossen en
Vorratsbehälter,
der die hochviskose Beschichtungsmasse in Bewegung und damit auch den Zusatzstoff
in Schwebe hält.
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Die erreichten Schichtdicken betragen 10 bis 80 am, bevorzugt 20 bis
40 Am . Das verwendete latente Lösungsmittel wird aus der Beschichtungsmasse in
einer Vorwärzzone entfernt, so daß eine dünne, über den Beschichtungsquerschnitt
gleichmäßige, porenfreie Gleitschicht entsteht.
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Der ermittelte Reibwert liegt mit 1,3 um Verschleiß nach 30 min auf
der in Beispiel 1 beschriebenen Abrieb-Prüfvorrichtung in gleicher Größenordnung
vor.
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Die Zusammensetzung des Schidtwerkstoffs aus Beispiel 2 ist nachstehend
folgende: 55 Vol.-% Polyvinylidenfluorid (PVDF) 25 Vol.-«O Blei-Bleioxid/Kornfraktion
S 40'um 20 Vol.-% niedermolekulares Polytetrafluoräthylen Das PVDF wurde in DMF
gelöst und zusammen mit den anderen Komponenten in einem Schnellrührer eingemischt.
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Anschließend wurde die Beschichtungsmasse mit DMF auf 36 Engler-Sekunden
Ausflußzeit eingestellt.
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Beispiel 3 Ein weiteres Verfahren gemäß der Erfindung ist das Einschleudern
der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse in einen rotationssymmetrischen Körper
Als Beschichtungsmasse wird eine Mischung aus 65 Vol.-% Polyvinylidenfluorid (PVDF)
26 Vol.-% Blei/Bleioxid/Bleisulfid, Kornfraktion C 10 Vo.-% niedermolekulares Polytetrafluoräthylen
(PTFE) -hergestellt Das PVDF wird in einem latenten Lösungsmittel gelöst rund in
einem schnellaufenden Rührer mit den anderen Komponenten versetzt. Als günstigste
Viskosität zum Einschleudern in einen rotationssymmetrischen Körper hat sich eine
Ausflußzeit nach Engler zwischen 60 bis 80 s ergeben.
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Zur Herstellung des Schichtwerkstoffes wurde der auf die Drehvorrichtung
befestigte rotationssymmetrische Körper auf eine Temperatur von 280°C erwärmt und
eine definierte Menge der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse in die Öffnung des
rotationssymmetrischen Körpers gefüllt.
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Durch axiale Rotationsbewegung der Drehvorrichtung wird die Innenfläche
des erwärmten rotationssymmetrischen Körpern gleichmäß-ig beschichtet. Als am günstigsten
hat sich für
einen rotationssymetrischen Körper mit einem Innen-Durchmesser
von 300 mm eine Drehbewegung von 55 bis 60 min erwiesen, da bei dieser Umfangsgeschwindigkeit
von ca 56 min -l keine Entmischung der Zusatzstoffe erfolgt und durch die Zentrifugalkraft
der Zusatzwerkstoff zusätzlich auf die Fluorpolymer-Trägerwerkstoffschicht drückt,
so daß eine hervorragende Bindung unter der Maßnahme einer gezielten Abkühlung des
Schichtwerkstoffes, des Fluorpolymers zum Trägerwerkstoff erreicht wird.
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Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Schichtwerkstoff werden
im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen stark vergrößerten
Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes; und
Fig 2 zeigt einen stark vergrößerten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes.
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Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß auf die zu beschichtende mechanisch
aufgerauhte O b erfläche 2 einer Trägerschicht 1 aus Stahl DIN 1624, Qualität St4,
eine Gleit-bzw. Reibschic ht 3 aufgebracht ist, die eine Matrix 4 aus Polyvinylidenfluorid
aufweist. In dieser Matrix 4
sind fein disperse PtFE-Teilchen 5
gleichmäßig verteilt Der maximale Durchmesser dieser PTFE-Teilchen 5 beträgt 0,1
jim bis 5 Fm. Ebenso ist in die Matrix 4 ein Zusatzwerkstoff 6 eingebettet, der
eine Dichte g 8 gr/cm3 aufweist mit einer Kornfraktion 5: 40 Fm. Die Dicke der Gleit-
bzw. Reibschicht beträgt etwa 200zum. Die Dicke des Trägerwerkstoffes 1 kann beliebig
gewählt werden.
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Wird der Schichtwerkstoff zur Herstellung von Gleitlagern verwendet,
bzw. für den Einsatz in Pumpen oder Stoßdämpfern, kann die Dicke des Trägerwerkstoffes
1 zwischen 0,2 bis 2,5 mm liegen.
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Die Fig. 2 unterscheidet sich vom Schichtwerkstoff der Fig 1 nur dadurch,
daß auf den die Gleiteigenschaften verbessernden organischen oder anorganischen
Stoffe 5 und den Zusatzwerkstoff 6, die zusammen mit dem Polyvinylidenfluorid die
Gleit- bzw. Reibschicht bilden, auf die Gleit- bzw.
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Reibschicht zusätzlich eine weitere, die Gleiteigenschaften| verbessernde
Schicht 7 aufgebracht wird, die auf denDGegen- t läufer teilweise übertragen wird
und einen'gegenüber der Gleit- bzw. Reibschicht um ca 15% verbesserten Reibwert
ergibt.
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Diese zusätzliche, die Gleiteigenschaften verbessernde Schicht 7 kann
5 bis 20 lum dick sein und aus einem Pulver bestehen, welches eine Korngröße von
0,1 bis 5 pm aufweist.
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In diesem Falle wurde niedrmolekulares PTFE mit einer Korngröße von
1 bis 5 µm verwendet.
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Vergleichsversuche Es wurden vergleichende Versuche zwischen Gleitlagern,
die mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse sowie mit der erfindungsgemäßen
Beschichtungsmasse mit einer die Gleiteigenschaften verbessernden Deckschicht gegenüber
einer --- Beschichtung ohne Zusatz durchgeführt.
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Wesentlich verbesserte Verschleißeigenschaften wurden an einer Stift-Walze-Abriebprüfvorrichtung
ermittelt.
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Außerdmm wurde ein erheblich niederigerer Reibwert der erfindungsgemäßen
Beschichtungsmasse an einem Kolben-Stangensystem festgestellt.
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Die Reibwerte sind bei einer Seitenlast von 900 N gemessen.
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Abrieb Reibwert 60 Vol.-% PVDF 1 um ' 105 N 30 Vol-. Pb mit 2% Sn
Kornfraktion 100% 4 40 µm 10 Vol.-% niedermolekulares PTFE NM
Abrieb
Reibwert 2) 55 Vol.-% PVDF 1,5 um 98 N 25 Vol.-% Pb/PbO Kornfraktion 100 % t 40
20 Vol.-% PPS / PTFE NM 3) 100 Vol.-% PVDF 65 pm 155 N 4) 60 Vol.-% PVDF 30 Vol.-%
Pb/Pb0 # 40 µm 10 Vol.-% PTFE NM 100 Vol.-% PTFE NM als Deckschicht 6 um 45 N
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