DE3219802C2

DE3219802C2 - Lagerelement

Info

Publication number: DE3219802C2
Application number: DE3219802A
Authority: DE
Inventors: John H. Cowles; Alan L. Bristol Conn. Gabrielson; Harry Torrington Conn. Magazian
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1982-05-26
Publication date: 1987-02-19
Also published as: US4358167A; DE3219802A1; FR2506870B1; GB2099088B; GB2099088A; IT8221489A0; JPS57208316A; CA1178997A; FR2506870A1; IT1151246B

Abstract

Ein rauher und poröser Überzug wird durch Sprühen oder Spritzen und metallurgisches Verbinden auf ein Lagerglied aufgebracht. Der Überzug besteht vorzugsweise aus einem starken und wärmeleitenden Material, wie Aluminium-Bronze, und der Überzug hat Lücken, wie Hohlräume, Hinterschneidungen und Krater, um ein poröses Material zu bieten. Eine dünne plättchenförmige Schicht aus miteinander verwobenen oder verflochtenen Fäden oder Fasern aus einem Feststoff-Schmiermittel und aus Verbindungsfäden oder -fasern, die in ein Bindemittel eingelagert sind, ist auf den Überzug aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagerelement entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Lagerelement ist aus der DE-OS 23 02 641 bekannt. Hiernach besteht der auf die Unterlage (Metallblech) aufgebrachte Überzug aus einer Zinnlotschicht, die durch Hitze und Druck auf die Unterlage aufgebracht wird. Die an diesem Überzug befestigte Schicht des Gewebes oder Geflechts weist nach diesem Stand der Technik nicht nur Fäden oder Fasern eines Feststoffschmiermittels auf, die später an der Außenseite des Lagerelements liegen sollen, sondern zusätzlich sind in dieser Schicht Metallfäden als Fäden oder Fasern eines bindefähigen Materials vorgesehen, die die Verbindung zwischen den Fäden aus Feststoffschmiermittel und dem Überzug aus Zinnlot bewirken. Die Schicht des Gewebes oder Geflechts wird zugleich mit dem Überzug aus Zinnlot auf die Unterlage aufgepreßt, wobei die Metallfäden an der Unterseite der Schicht des Gewebes oder Geflechts in das Zinnlot hineingedrückt und mit diesem durch den Schmelzfluß des Zinnlots verbunden werden. Der Überzug aus Zinnlot soll allein die Befestigung des Gewebes oder Geflechts auf der Unterlage sicherstellen, und das ausgehärtete Bindemittel hat nur die Aufgabe, die Haftung der Fäden oder Fasern des Feststoffschmiermittels aufrechtzuerhalten. Das Bindemittel hat jedoch nicht die Aufgabe, das Gewebe oder Geflecht an der Unterlage zu befestigen.
Für die Herstellung des bekannten Lagerelements, also für das Verlöten der Metallfäden oder -fasern des Gewebes oder Geflechts mit der Zinnlotschicht und für deren Verlöten mit der Unterlage sind also hoher Druck und eine genaue Temperatursteuerung erforderlich, die gleichmäßig über die ganze Fläche der Unterlage vorhanden sein müssen. Demgemäß sind die Betriebsbedingungen schwer konstant einzuhalten, so daß die Gefahr besteht, daß sich unter den Betriebsbeanspruchungen des Lagerelements die Metall-Löt-Verbindungen zwischen der Zinnschicht und den Metallfäden oder -fasern lösen können, was zu einem Versagen des Lagers führt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Herstellung des Lagerelements zu vereinfachen und trotzdem eine sichere Befestigung der Schicht des Gewebes oder Geflechts an der Unterlage zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Der Überzug ist also nicht unter Hitze und Druck auf die Unterlage aufgepreßt, sondern er ist einfach aufgesprüht oder aufgespritzt. Demgemäß ist er porös und an seiner Oberseite rauh. An dieser rauhen Oberfläche des Überzugs ist das Gewebe oder Geflecht mit den Fäden oder Fasern aus Feststoffschmiermittel ausschließlich durch das ausgehärtete Bindemittel befestigt. Dieses lagert sich also in die Rauhigkeiten oder Unebenheiten an der Oberseite des porösen Überzugs ein und führt dort zu einer festen Verankerung der Schicht des Gewebes oder Geflechts an dem Überzug, wobei diese Verankerung einerseits mechanisch infolge der Unebenheiten des Überzugs und andererseits durch chemische Verbindung zwischen dem Bindemittel und dem Überzug erfolgt. Eine Metall-Metall- Verbindung zwischen dem Gewebe oder Geflecht und dem Überzug liegt bei der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik nicht vor. Ferner dienen nach der Erfindung die vorgesehenen Fäden oder Fasern des bindefähigen Materials ausschließlich zur Füllung, Stabilisierung und Verbindung des Gewebes oder Geflechts.
Durch die Erfindung wurde somit ein Lagerelement geschaffen, bei dem eine dünne Schicht oder ein Abschnitt einer solchen Schicht aus miteinander verwobenen oder verflochtenen Fäden oder Fasern eines Feststoffschmiermittels und eines bindefähigen Materials, eingebettet in ein ausgehärtetes Bindemittel, auf einen rauhen, porösen Überzug aufgebracht ist, der zuvor an der Unterlage angebracht wurde. Ein solches Lager arbeitet unter praktisch allen Einsatzbedingungen wirkungsvoll. Zusätzliche mechanische Mittel zur Verankerung des Überzugs oder der Schicht des Gewebes oder Geflechts werden nicht benötigt. Der rauhe, poröse Überzug weist Krater, Lücken, Fehlstellen, Vertiefungen oder Hinterschneidungen auf, die bewirken, daß der Überzug selbst eine zusätzliche mechanische Befestigung der dünnen Schicht des Gewebes oder Geflechts an der Unterlage bietet. Der durch Aufsprühen oder Aufspritzen aufgebrachte Überzug kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen und bietet eine Vielzahl von zufällig verteilten, eng beabstandeten Kratern, Fehlstellen oder dergleichen an der Oberfläche und Hinterschneidungen oder Kanäle unter der Oberfläche. Die zahlreichen Rauhigkeiten und Unebenheiten des aufgebrachten Überzugs schaffen einen zusammenhaltenden und verstärkenden, versteifenden Mechanismus, dessen Wirkung sich mit der chemischen Adhäsion verbindet, um bei der Herstellung des Lagerelements die natürliche Tendenz des Bindemittels zu unterbinden, unter dem Druck hoher aufgebrachter Belastungen wegzufließen.
Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung.
So kann gemäß Anspruch 2 für hochbelastete Lager der Überzug aus Metall bestehen. Hierbei kann es sich um einen Stahlüberzug handeln. Wenn dagegen hohe Umgebungstemperaturen zu erwarten sind, kann ein Überzug aus Keramik gemäß Anspruch 3 verwendet werden, beispielsweise aus Aluminiumoxid. Das Lagerelement kann somit den zu erwartenden Betriebsbedingungen des Lagers in geeigneter Weise angepaßt und entsprechend ausgelegt werden, indem unterschiedliche poröse Überzüge als Sprüh- oder Spritzschicht auf der Unterlage aufgebracht werden, um die Schicht des Gewebes oder Geflechts des Feststoffschmiermittels zu tragen.
Wenn hohe Stärke und hohe Wärmeleitfähigkeit verlangt werden, kann gemäß Anspruch 4 der Überzug aus Aluminiumbronze bestehen. Dies ist eine Legierung aus Kupfer und Aluminium, gegebenenfalls mit weiteren Bestandteilen. Eine für die Verwendung bei der Erfindung besonders gut geeignete Aluminiumbronze enthält beispielsweise 9,5% Aluminium, 89,5% Kupfer und 1% Eisen.
Falls es für bestimmte Anwendungsfälle erwünscht ist, kann auch gemäß Anspruch 5 ein poröser Überzug über einen anderen gesprüht oder gespritzt werden, beispielsweise eine Schicht aus Aluminiumbronze oder Phosphorbronze über eine Schicht aus Stahl.
Poröse, rauhe Überzüge aus Metall oder Keramik sind an sich aus der DE-OS 27 29 643 für Lagerelemente bekannt.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein sphärisches, sich selbst ausrichtendes Lager;
Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Laufrolle oder Spurrolle;
Fig. 3 ist eine vergrößerte, bruchstückweise Schnittansicht eines Teils von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den plättchenförmigen Teil, der durch miteinander verwobene oder verflochtene Fäden oder Fasern aus einem Feststoff-Schmiermittel und Verbindungsfäden oder -fasern gebildet ist.
Wie die Figuren und insbesondere Fig. 1 zeigen, weist das dargestellte Lager ein abgeschnittenes, durchbohrtes Kugelglied 10 aus Metall und eine äußere ringförmige Laufbahn 12 aus Metall auf. Die innere Oberfläche der ringförmigen Metallaufbahn 12 ist mit einem metallurgisch aufgebrachten, beispielsweise aufgesprühten Überzug 14 versehen, der ganz oder im wesentlichen aus Aluminium-Bronze bestehen kann. Über dem Überzug 14 ist eine dünne Schicht oder ein Plättchen 16 angeordnet, dessen Eigenschaften im folgenden beschrieben werden.
Gemäß Fig. 1 sind der Überzug 14 und die dünne plättchenförmige Schicht 16 der besseren Klarheit wegen übertrieben dargestellt. Der große zur Wärmeübertragung dienende Bereich der Oberfläche der Unebenheiten des Überzugs 14 trägt wesentlich dazu bei, Wärme von der plättchenförmigen Schicht 16 abzuführen, im Vergleich zu einer Wärmeübertragung von einer mit Schmiermittel versehenen Kleberschicht auf ein verhältnismäßig glattes Substrat mit dessen relativ kleineren Wärmeübertragungsoberfläche.
Fig. 2 zeigt eine Laufrolle oder Spurrolle mit einer äußeren Laufbahn 20, einer inneren Laufbahn 22 und ringförmigen Dichtungen 24 und 26, die durch ringförmige Glieder 28 und 30 an Ort und Stelle gehalten werden. Die innere Oberfläche der äußeren Laufbahn 20 trägt einen metallurgisch z. B. durch Aufsprühen aufgebrachten Überzug 32. Darüber befindet sich eine plättchenförmige Schicht 34. Zur Verbesserung der Klarheit der Darstellung sind der Überzug 32 und die plättchenförmige Schicht 34 übertrieben dargestellt. Die spezifischen Bestandteile des Überzugs 32 und der plättchenförmigen Schicht 34 werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben, wobei unterstellt werden kann, daß die speziellen Bestandteile des Überzugs 14 und der plättchenförmigen Schicht 16 gemäß Fig. 1 dieselben sein können wie bei dem Überzug 32 und der plättchenförmigen Schicht 34 gemäß Fig. 2.
Fig. 3 stellt einen Teil des Lagers von Fig. 2 in mehrfacher Vergrößerung dar. Fig. 3 zeigt die Hohlräume, Hinterschneidungen und Krater, die in dem Überzugsmaterial erscheinen, nachdem dieses Material metallurgisch als Überzug 32 auf die äußere Metallaufbahn 20 aufgebracht ist. Das Überzugsmaterial wird durch metallurgische Verfahren, z. B. durch Aufsprühen, auf das Substrat oder die äußere Laufbahn 20 aufgebracht und damit verbunden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen des Überzugsmaterials auf die Oberfläche des Substrats besteht darin, das Material auf die Substratoberfläche mit Hilfe einer Plasmapistole aufzuspritzen. Ein Flammenspritzen oder Flammensprühen ( manchmal auch Spritzschweißen oder Sprühschweißen genannt), eine D-Pistole oder eine Gator-Pistole sind drei mögliche Abwandlungen des Verfahrens, die verwendet werden können, um das Überzugsmaterial metallurgisch abzulagern. Die Begriffe Flammspritzen oder Flammsprühen und Spritzschweißen oder Sprühschweißen sind für Abwandlungen des Verfahrens benutzt worden. Der Überzug und die plättchenförmige Schicht können auf zylindrische, kugelförmige, flache, ebene oder sonstwie geformte Oberflächen aufgebracht werden, bei denen Gleitbelastungen über eine entsprechende Oberfläche übertragen werden. Das Substrat oder die äußere Laufbahn 20 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, solange das Überzugsmaterial metallurgisch daran haftet und solange das Substrat sich nicht nachteilig plastisch unter den Belastungen verformt, die durch die spezielle Anwendung als Lager auftreten. Das bevorzugte Substratmaterial ist gehärteter Stahl. Poröse Substrate können genausogut besprüht werden wie feste Substrate.
Die stark vergrößerte Ansicht gemäß Fig. 3 veranschaulicht die ineinandergreifende Anordnung des Überzugs 32 und des Klebers oder Bindemittels 36 nach dem Aushärten. Es ist zu beachten, daß viele Hohlräume, Vertiefungen und Hinterschneidungen 38 bestehen. Das bevorzugte Bindemittel ist ein Phenol, ein modifizierter Phenol-Kleber oder ein Vinyl-Phenol. Die bevorzugte Faser 40 für das Feststoff-Schmiermittel besteht aus Polytetrafluoräthylen, wie es als Teflon (Du-Pont) bekannt ist. Die Fasern oder Fäden 40 sind mit Verbindungsfasern oder -fäden 42 verwoben oder verflochten, und sie sind in das Phenol-Bindemittel 36 eingebettet. Es ist zu beachten, daß das Bindemittel 36 die Krater und Hinterschneidungen des Überzugsmaterials 32 ausfüllt.
Für bestimmte Anwendungen des Lagers kann das Phenol-Bindemittel durch ein Polyamid-Imid-Harz ersetzt werden. Ein anderes geeignetes Bindemittel kann aus einem Epoxy-Harz bestehen. Ein Polyimid oder Polyamid-Imid kann ebenfalls verwendet werden.
Zum Aufbringen der plättchenförmigen Schicht 34 auf den porösen Überzug 32 wird auf die miteinander verwobenen oder verflochtenen Verbindungsfasern oder -fäden 42 und Fäden oder Fasern 40 aus Feststoff-Schmiermittel auf eine Oberfläche des Gewebes oder Geflechts ein Verbindungsmittel oder Kleber, wie beispielsweise Phenol, Polyimid oder Epoxy-Harz aufgebracht, und das Geflecht oder Gewebe wird unter Hitze und Druck gewalzt und geglättet. Ein zweiter Überzug des wärmehärtenden Harzes kann auf die zuvor überzogene Seite aufgebracht und bei Raumtemperatur getrocknet werden. Ein Streifen des Gewebes oder Geflechts von ausreichender Größe wird ausgeschnitten, um die Oberfläche des Substrats abzudecken. Die beschichtete Seite des plättchenförmigen Abschnitts 34 wird dann auf den porösen Überzug 32 des Lagers aufgebracht. Das zusammengesetzte Lager wird dann erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck unterworfen, um das Bindemittel in die Lücken des Überzugs aus Aluminium-Bronze hineinzudrücken und das bei Raumtemperatur getrocknete Bindemittel durch Wärme auszuhärten.
Geeignete Verbindungsfasern oder -fäden können aus Materialien wie Baumwolle, Dacron, Nylon, Vinyl, Wolle, Glas und dergleichen bestehen.

Claims

1. Lagerelement, bestehend aus einer Unterlage, einem auf diese metallurgisch aufgebrachten Überzug und einer daran befestigten Schicht eines Gewebes oder Geflechts aus Fäden oder Fasern eines Feststoffschmiermittels und aus Fäden oder Fasern eines bindefähigen Materials, wobei in dieser Schicht ein ausgehärtetes Bindemittel vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (32) eine Sprüh- oder Spritzschicht mit poröser Struktur und rauher Oberseite (38) ist und daß die Schicht des Gewebes oder Geflechts (40, 42 ) ausschließlich durch das ausgehärtete Bindemittel (36) befestigt ist.

2. Lagerelement nach Anspruch 1 für hochbelastete Lager, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (32) aus Metall besteht.

3. Lagerelement nach Anspruch 1 für hohe Umgebungstemperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (32) aus Keramik besteht.

4. Lagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (32) aus Aluminiumbronze besteht.

5. Lagerelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei übereinander gesprühte oder gespritzte Überzüge (32).