DE3444936A1

DE3444936A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundgleitlager-materials

Info

Publication number: DE3444936A1
Application number: DE19843444936
Authority: DE
Inventors: Wolfgang DDR 9595 Zwickau Barthel; Lothar DDR 9023 Karl-Marx-Stadt Hübel; Reinhart DDR 9560 Zwickau Kunz; Ralf Dr. DDR 9071 Karl-Marx-Stadt Weller
Original assignee: VEB KOMBINAT TEXTIMA DDR 9010 KARL-MARX-STADT; Kombinat Textima VEB
Current assignee: Chemnitzer Spinnereimaschinenbau 09120 Chemn GmbH
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-12-08
Publication date: 1985-07-11
Also published as: CH666225A5; GB8432149D0; JPS6250499B2; GB2153258A; GB2153258B; DE3444936C2; DD238510A3; JPS60231732A

Description

Beschreibung

Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verbundgleitlager als Maschinenelemente zur Kraftübertragung von bewegten auf ruhende Maschinenteile sind in der Technik seit vielen Oahren bekannt. Sie bestehen aus mindestens zwei Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften: einem Stützkörper oder einer Unterlage, die den Lagerwerkstoff aufnimmt und hauptsächlich die Kraftaufnahme gewahrleistet, und einer Lagerwerkstoffschicht, weiche die Relativbewegung des bewegten zum ruhenden Lagerbestandteil ohne Störung in allen Betriebszuständen sichert» Oe nach der Lagerbeanspruchung, gegeben durch die Größe der aufzunehmenden Kräfte, der Gleitgeschwindigkeit und baulicher Besonderheiten sind in Verbundgleitlagern verschiedene metallische und auch nichtmetallische Gleitwerkstoffe bisher verwendet worden·

Zu den bekanntesten metallischen gehören z· B. Bleibronzen, Zinn, Kadmium u, a·, während als nichtmetallische Graphite und insbesondere Kunststoffe in Form von Phenolharz oder Polyfluorolefine bekannt wurden· Um die Vorteile der verschiedensten Lagerwerkstoffe ausnutzen zu können, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, werden hochbelastete Gleitlager im allgemeinen mehrschichtig aufgebaut, wobei sich für wartungsfrei arbeitende Gleitlager die Beteiligung von Polytetrafluorethylen als besonders zweckmäßig erweist. Solche Gleitlager und deren Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der DE-AS 1 065 182,

GB 1 025 036 oder US 2 691 814 bekannt. Hiernach ist auf einem metallischen Tragkörper nach entsprechender Vorbehandlung eine poröse Bronzepulverschicht aufgesintert« Auf dieses Sintergerüst ist kristallines Polytetrafluorethylen allein oder in Verbindung mit metallischem Blei aufgebracht, wobei diese Beschichtung unter Temperaturanwendung in die poröse Sinterbronzeschicht eingedrückt ist. Um die Polytetrafluoräthylen-Partikel einerseits mit dem Sintergerüst zu binden und andererseits die mechanischen Eigenschaften des PTFE selbst günstiger zu gestalten» ist eine Temperaturbehandlung oberhalb des Kristallschmelzpunktes von 327°, vorzugsweise bei 350-400°, ein als notwendig erachteter Verfahrensschritt·

Diese bekannten Gleitlager (DU-Lager) arbeiten wartungsfrei, jedoch ist ihre Herstellung schwierig und aufwendig. Neben der Ansinterung des Bronzepulvers ist es besonders energetisch nachteilig» daß der komplette Gleitlagerkörper zur Umkristallisation des Polytetrafluoräthylen über eine gewisse Zeit einer Temperatur über 327° C ausgesetzt und danach zur Erhaltung des amorphen Zustandes abgeschreckt werden muß. Schließlich ist es von Nachteil, daß die Dicke der über der Sinterbronze liegenden Schicht im allgemeinen weniger als 50 ,um beträgt und diese dünne Schicht im praktischen Einsatz als Gleitlagermaterial vergleichsweise rasch abgetragen ist, so daß die Last mindestens teilweise auf dem Sintergerüst aufsitzt, was jedoch den Reibwert beträchtlich erhöht· Außerdem ist es bei Laufschichten der angegebenen Dicke praktisch überhaupt nicht möglich, eine spanende Bearbeitung durchzuführen_f was jedoch für mancherlei Anwendungsfälle als nachteilig anzusehen ist»

In der DD-PS 61 393 ist ein Verfahren zur Herstellung

von Lagermaterial offenbart, das die Nachteile des vorbeschriebenen Gleitlagers weitgehend beseitigt· Hierbei wird auf eine metallische Unterlage« welche vorbehandelt wurde» ein kunstharzlösendes Bindemittel auf Butylacetatbasis aufgetragen und darüber ein pulver- oder körnchenförmiges Gemisch aus Polytetrafluorethylen, Blei und Phenolharz im Gewichtsverhältnis 30:57:13 aufgebracht und bei wechselnden Drücken und Temperaturen verfestigt.

Obwohl dieses Verfahren ohne ein Sintergerüst auskommt und somit die hohen Temperaturen für den Sinterprozeß vermeidet und infolge einer stärkeren Laufschicht auch eine spanende Nachbearbeitung erfolgen kann, ist dennoch eine Erwärmung des Lagermaterials auf über 327° erforderlich, um das in dem Gemisch enthaltene kristalline Polytetrafluoräthylen in einem amorphen Zustand zu überführen, sowie diesen Zustand durch Abschreckmaßnahmen zu erhalten*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vereinfachung des technologischen Ablaufes ein Gleitlagermaterial mit besonders guten Lagereigenschaften ausschließlich bei wartungsfreiem Betrieb zu erreichen·

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In einer weiteren Ausgestaltung beträgt die Teilchengröße in der Gleitwerkstoffmischung bei Polytetrafluoräthylen unter 600 ,um, bei Bleipulver unter 80 ,um und bei Phenolharz unter 100 ,um, wodurch der Vorteil eintritt, daß eine gute Bindung der metallischen und der nichtmetallischen Bestandteile in der Gleitwerkstoff-

mischung erreicht wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Verpreesen nach Arbeitsschritt c) und die Nachverdichtung nach Arbeitsschritt e) bei einer zeitlichen Druckeinwirkung von etwa 25 Sekunden« Um die Haftung der Gleitwerkstoffschicht als auch der Haftvermittlungsschicht zur Unterlage zu verbessern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung die Unterlage ein Stahlblech, welches auf der Beschichtungsseite mechanisch oder chemisch aufgerauht, vorzugsweise angeschliffen ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß alternativ zur Aufschichtung des Gleitwerkstoffes nach Arbeitsschritt a) dieser durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel und Zugabe der anderen Bestandteile in pastöser Form auf die Haftvermittlungsschicht aufgerakelt ist und vor der nachfolgenden Vorkondensation bis zur Trocknung des Lösemittels abdunstet, wodurch der Vorteil erzielt wird, daß bei der Verarbeitung der Staub gebunden und eine Feinauflösung des Phenolharzes erreicht wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfährt die Oberfläche des Gleitlagerwerkstoffes eine an sich bekannte spanende Nachbearbeitung, vorzugsweise durch Fräsen·

Durch die Erfindung werden die bekannten guten Laufeigenschaften von wartungsfreien Gleitlagern mit Polytetrafluorethylen und metallischen Zusätzen im vollen Umfang erhalten. Es können aber durch Anwendung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung die bisher angewendete Wärmenachbehandlung und Abschreckung der Gleitlagerkörper entfallen. Die Erfindung bietet den überraschenden Vorteil, daß der Wegfall der üblicherweise als notwendig angesehenen Wärmebehandlung des Polytetrafluorethylen über den Kristallisationsschmelzpunkt hinaus zur Umwandlung des Gefüges von kristallin in amorph sich als so

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positiv erweist, daß in Verbindung mit den angegebenen Verfahrensschritten bei Beteiligung von Phenolharz eine höhere Laufleistung erreicht wird und daß die Bindung der Laufschicht auf der Unterlage trotz der ausbleibenden hohen Temperaturbehandlung außerordentlich gut ist. Eine sogenannte reversible Umformung des Polytetrafluorethylen führt zwar zu einer mechanischen Verfestigung desselben» die für Gleitlagerwerkstoffe anderer Herstellungsart mit hoher Polytetrafluoräthylen-Beteiligung notwendig ist und auch angewendet wird» bei der beschriebenen Verfahrensweise der Herstellung von Verbundgleitlagermaterial kann jedoch mit Vorteil hierauf verzichtet werden· Unter wartungsfreien Bedingungen kann dennoch ohne Einschränkung eine wesentlich höhere Lebensdauer erzielt werden, wobei die homogene Zusammensetzung der Laufschicht in voller Dicke als Trockenschmierstoff wirkt· Der höhere Gebrauchswert des nach der Erfindung hergestellten Verbundgleitlagermaterials resultiert auch daraus» daß die geringe thermische Belastung im Herstellungsprozeß eine thermische Schädigung des Phenolharzes gänzlich ausschließt. Ein weiterer Vorteil bei der Verfahrensdurchführung nach der Erfindung ist gleichfalls die drucklose thermische Aushärtung des Phenolharzanteiles in der Gleitlagermischung, die für die Verarbeitung von Phenolharzen der verwendeten Art nicht üblich ist, in Verbindung mit den anderen Verfahrensschritten hierbei aber die besonderen Vorteile bringt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Beispiel 1:

Ein 1,5 mm dickes Stahlblech wird in einer Beize entfettet und danach die Oberfläche einseitig durch An-

schleifen aufgerauht. Auf diese vorbehandelte Stahlblechoberfläche wird mit an.sich bekannten Verfahren eine poröse metallische Haftvermittlungsschicht aufgebracht. Danach wird darauf eine trockene» homogene Gleitwerkstoffmischung aufgebracht, die sich aus 37 Gewichtsprozent kristallinen Polytetrafluorethylen, 50 Gewichtsprozent Bleipulver und 13 Gewichtsprozent Phenolharz zusammensetzt, welche vorher intensiv vermischt wurden. Die Teilchengrößen der eingesetzten Werkstoffe sind bei Polytetrafluorethylen unter 600 Aim, bei Bleipulver unter 80 ,um und bei Phenolharz unter 100 »um. In einer Streuvorrichtung oder Rakeleinrichtung wird die Aufschichtung von etwa 2,5 mm vorgenommen. Danach erfolgt in einem Ofen eine Wärmebehandlung des beschichteten Stahlbleches bei 85° G über 60 Minuten, um eine Vorkondensation des Phenolharzes zu erreichen· Sodann wird die aufgebrachte Gleitwerkstoffmischung gegen die Haftvermittlungsschicht und die Stahlunterlage bei einer Werkzeugtemperatur von etwa 90° C und einem Druck von 20 bis 40 MPa über 25 Sekunden verdichtet» Anstelle einer Presse zur Verdichtung kann auch ein Kalander mit beheizten Walzen treten, deren Walzendurchmesser über 0,3 m betragen sollte. Nach der Verdichtung wird bei einer Wärmebehandlung von 145°c über 25 Minuten im drucklosen Zustand eine Aushärtung des Phenolharzes in der Gleitwerkstoffmischung erreicht« Anschließend wird die ausgehärtete Laufschicht bei einer Temperatur von 90 C und einer Druckeinwirkung von 20 bis 40 MPa über 25 Sekunden nachverdichtet. Hiernach läßt sich die oberfläche der aufgetragenen Polytetrafluoräthylen-Blei-Phenolharzmischung auf gleichmäßige Dicke abfräsen, so daß beispielsweise die Gesamtdicke des Gleitlagers 2 mm beträgt.

Das in Flächenform vorliegende Verbundgleitlagermaterial kann sowohl als Bahn verwendet als auch zu gewünschten Formaten getrennt und zu Gleitlagerbuchsen gerundet oder

beispielsweise zu Anlaufscheiben ausgestanzt werden.

Beispiel 2:

Ein 0,5 mm dickes Stahlblech wird wie im Beispiel 1 vorbehandelt und mit einer Haftvermittlungsschicht versehen. Sodann wird das Phenolharz der betrachteten Gleitlagerlaufschicht in einem geeigneten Mittel, beispielsweise in SpirituSf gelöst* Dieser Lösung sind die beiden übrigen Bestandteile, Polytetrafluorethylen und Bleipulver, in den angegebenen prozentualen Anteilen sowie gegebenenfalls weiteres Lösemittel unter kräftigem Rühren zugeg eben, so daß eine breiartige, pastöse Masse gebildet wird* Diese ist mittels einer Rakeleinrichtung in einer Stärke von etwa 1,5 mm auf die Haftvermittlungsschicht aufgetragen. Vor der Weiterverarbeitung ist zunächst das Lösemittel in Abhängigkeit von der Auftragsstärke und der Umgebungstemperatur mehrere Stunden abzudunsten, beispielsweise 5 bis 20 Stunden bei Raumtemperatur· Danach folgen die weiteren Verfahrensschritte der Vorkondensation, Verdichtung, Aushärtung und Nachverdichtung wie im Beispiel 1 angegeben« Eine spanende Nachbearbeitung erfolgt ebenfalls, so daß ein Verbundgleitlager von beispielsweise 1 mm Gesamtdicke herstellbar ist.

Das Verbundgleitlagermaterial gemäß der Erfindung zeichnet sich durch besonders vorteilhafte Laufeigenschaften im wartungsfreien Betrieb aus· So wurden bei Laufversuchen mit Verbundgleitlagermaterial nach der Erfindung und nach bekannten Verfahren hergestellten Gleitlagern (DU-Lager) wesentlich höhere Laufzeiten erreicht· Bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 2,4 m/s eines Zapfens gegen eine Anlaufscheibe sowie einer spezifischen Flächenlast von 0,5 MPa konnten bis zu einem Abrieb von 124 ,um beispielsweise 1.500 bis 2,500 Laufstunden gemessen werden, während unter den gleichen Bedingungen bei dem bekannten Lager etwa 250 bis 400 Stunden ermittelt wurden·

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials aus einem vorzugsweise pulver- oder körnchenförmigen Gemisch von Polytetrafluorethylen, Blei und Kunstharz« insbesondere Phenolharz, das auf eine vorbehandelte metallische Unterlage mit einer porösen Haftvermittlungsschicht aufgetragen und unter Anwendung von wechselnden Drucken und Temperaturen zum Anhaften gebracht und verfestigt ist, derart, daß sich im Endzustand über die Haftvermittlungsschicht eine Gleitmaterialaufschichtung von wenigstens 0,2 mm ergibt, gekennzeichnet dadurch, daß

a) zunächst auf die mit der Unterlage verbundene

Haftvermittlungsschicht eine trockene Aufschichtung einer Mischung Gleitwerkstoffes aus 37 Gewichtsprozent kristallinem Polytetrafluorethylen, 50 Gewichtsprozent Bleipulver und 13 Gewichtsprozent Phenolharz in einer geeigneten Einrichtung vorgenommen wird, so dann eine

b) Wärmebehandlung der beschichteten Unterlage zur Vorkondensation des Phenolharzes bei etwa 85° C über 60 Minuten erfolgt, danach

c) die Aufschichtung mit der Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von etwa 90° C und einem Druck von 20 bis 40 MPa verpreßt wird, sodann zur Aushärtung des Phenolharzes eine

d) drucklose Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 145° C über 25 Minuten erfolgt und anschließend

e) bei einer Temperatur von 90° C und einem Druck von etwa 20 bis 40 MPa die Aufschichtung gegen die Unterlage nachverdichtet ist·

2. Verfahren nach Anspruch 1,

gekennzeichnet dadurch, daß in der Gleitwerkstoffmischung die Teilchengröße bei Polytetrafluoräthylen unter 600 ,um» bei Bleipulver unter 80 ,um und bei Phenolharz unter 100 ,um beträgt,

3· Verfahren nach Anspruch I₁

gekennzeichnet dadurch, daß das Vorpressen nach Arbeitsschritt c) und die Nachverdichtung nach Arbeitsschritt e) bei einer zeltlichen Druckeinvvirkung von etwa 25 Sekunden erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

gekennzeichnet dadurch, daß die Unterlage ein Stahlblech ist, welches auf der Beschichtungsseite mechanisch oder chemisch aufgerauht, vorzugsweise angeschliffen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

gekennzeichnet dadurch, daß alternativ zur Aufschichtung des Gleitwerkstoffes nach Arbeitsschritt a) dieser durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel und Zugabe der anderen Bestandteile in pastöser Form auf die Haftvermittlungsschicht aufgerakelt ist und vor der nachfolgenden Vorkondensation bis zur Trocknung des Lösemittels abdunstet«

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberfläche des Gleitlagerwerkstoffes eine an sich bekannte spanende Nachbearbeitung, vorzugsweise durch Fräsen, erfährt*