DE3534242A1

DE3534242A1 - Wartungsfreier mehrschicht-gleitlagerwerkstoff

Info

Publication number: DE3534242A1
Application number: DE19853534242
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bickle; Wolfgang Dipl Ing Braus
Original assignee: Kolbenschmidt AG
Current assignee: Kolbenschmidt AG
Priority date: 1985-09-26
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1987-03-26
Also published as: JPS6275127A; EP0223268A1; EP0223268B1; ATE41816T1; ES2002767A6; DK457786D0; DE3662616D1; DK457786A

Description

Die Erfindung betrifft einen wartungsfreien Mehrschicht- Gleitlagerwerkstoff, bestehend aus der Kombination eines mit einer Rauhgrundschicht, vorzugsweise einer 0,1 bis 0,35 mm dicken, porös aufgesinterten Bronzeschicht, Eisen schicht oder Schicht einer Aluminiumlegierung, versehenen Metallträgers aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung und einer Gleitschicht aus einer Matrix aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), mit deren Werkstoff auch die Rauhgrundtiefen ausgefüllt sind, und die gegebenen falls noch die Reibung verbessernde und den Verschleiß hemmende Zusätze von Blei, Molybdändisulfid, Graphit, Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern, Glaskugeln, Keramik-Hohlkugeln, Bariumsulfat, Zinksulfid, Bleiboro silikat einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-% enthält.

Wegen seiner im Vergleich zu metallischen Werkstoffen ge ringen Festigkeit, seiner hohen Wärmeausdehnung und seiner schlechten Wärmeleitung ist die Verwendung von PTFE als Massivlager begrenzt. Dem wird dadurch begegnet, daß PTFE im Gemisch mit einem bis zu 20 Vol.-%igem Bleizusatz in eine auf einem Stahlträger porös aufgesinterte Bronze schicht von 0,2 bis 0,6 mm Dicke, in der Weise aufgebracht ist, daß über den Spitzen der Bronzeschicht eine Gleit schicht des PTFE-Bleigemisches von max. 0,035 mm vorhanden ist. Die porös aufgesinterte Bronzeschicht bildet einen sehr guten Haftgrund für des PTFE auf dem Metallträger. Die Verbindung mit dem Metallträger garantiert, daß aus dem Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff gefertigte Gleit lager hinsichtlich Preßsitz, elastischer Eigenschaften und Wärmeausdehnung den metallischen Gleitlagerwerkstoffen sehr ähnlich sind und daher dünnwandig gut einsetzbar sind. Gegenüber Massivgleitlagerwerkstoffen haben Mehr schicht-Gleitlagerwerkstoffe den Vorteil erhöhter Wärme leitfähigkeit und erhöhter Festigkeit. Auch sind die daraus gefertigten Gleitlager im allgemeinen sehr hoch, bis ca. 250 N/mm², allerdings bei außerordentlich nie drigen Gleitgeschwindigkeiten, belastbar. Eine Gleitge schwindigkeit von 1 m/s ist hier schon als groß anzusehen. Als echte Grenze darf man bei Trockenlauf 2 m/s ansetzen. Bei solchen Gleitgeschwindigkeiten ist natürlich keine nennenswerte Belastung mehr möglich. Derartige Gleitlager werkstoffe sind auf Grund der genannten Vorzüge weit ver breitet. Wegen der großen Wärmeausdehnung und des Kalt fließens des PTFE ist die Dicke der Gleitschicht jedoch auf 0,01 bis 0,035 mm begrenzt, so daß eine Nachbear beitung der Gleitschicht nicht möglich ist und demzufolge Fluchtungsfehler nicht ausgeglichen oder engere Lager spiele erzielt werden können. Es können deshalb aus diesem Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff nur gerollte Buchsen nach DIN 14 94, Blatt 1, Tabelle 2, Reihe B hergestellt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den wartungsfreien Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff der vor stehend erläuterten Ausbildung dahingehend zu verbessern, daß ein nachträgliches Bearbeiten der Gleitschicht der daraus gefertigten Gleitelemente u.a. bei bereits einge bauter Buchse durch Reiben bzw. Feindrehen, z.B. um Fluchtungsfehler auszugleichen, engere Lagerspiele zu erzielen und/oder die Geräuschentwicklung zu vermindern, möglich ist, ohne daß insbesondere der hohe pV-Wert von 1,8 N/mm² · m/s im Dauerbetrieb, von 3,6 N/mm² · m/s kurzzeitig, die zulässige statische spezifische Belastung von 250 N/mm², die zulässige Gleitgeschwindigkeit von 2 m/s, die guten Gleiteigenschaften, die niedrige Rei bungszahl sowie die gute Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die durch Aufwalzen einer 0,5 bis 3 mm dicken PTFE-Folie auf dem Rauhgrund erzeugte und gesinterte Gleitschicht eine Dicke von 0,1 bis 1 mm aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Gleitschicht 0,15 bis 0,25 mm.

Auf diese Weise ist es möglich, vorhandene Fluchtungs fehler der Gehäusebohrung durch spanende Nachbearbeitung der Gleitfläche der Lagerbuchse auszugleichen. Außerdem lassen sich dadurch vergleichsweise deutlich engere Lager spiele einstellen, als diese in DIN 14 94, Blatt 1, Seite 3 angegeben sind.

Aus der GB-PS 9 70 982 ist zwar ein Mehrschicht-Gleitlager werkstoff bekannt, bei dem auf einer metallischen Träger schicht eine Bronzeschicht porös aufgesintert ist, wobei auf der Bronzeschicht eine Schicht mit einer Schichtdicke von bis zu 3,175 mm aus einem Thermoplast mit hohem Mole kulargewicht angeordnet ist. Abgesehen davon, daß in dieser Druckschrift kein Hinweis auf das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem enthalten ist, ist PTFE nicht als Matrix-Werkstoff für die Gleitschicht, son dern nur als Zusatzwerkstoff vorgesehen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäß verbesserten Mehrschicht-Gleitlager werkstoffs besteht die Gleitschicht aus 20 Gew.-% Glas fasern (Länge 0,15 mm, Durchmesser 0,02 mm), 20 Gew.-% Zinksulfid, Rest PTFE. Die Glasfasern können durch Kohle fasern ganz oder teilweise ersetzt sein.

Von Vorzug ist ferner, daß die PTFE-Folie ohne porös auf gesinterte Zwischenschicht unmittelbar auf den Metall träger aufgewalzt sein kann, wenn dieser mechanisch oder chemisch aufgerauht ist.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Mehrschicht-Gleit lagerwerkstoffs wird das pulverförmige, eine Korngröße von 50 µm besitzende PTFE, gegebenenfalls mit die Reibung verbessernden und/oder den Verschleiß hemmenden Zusätzen, unter Zumischung eines Extrusionshilfsmittels zu einem Vorformling gepreßt und dann zu einem 1,5 bis 5,0 mm dicken Band extrudiert. Dieses Band wird durch konditio nierendes Kalandrieren zu einer Folie von 0,5 bis 3 mm Dicke und bis 300 mm Breite geformt, die Folie unter Erwärmung auf eine Temperatur von 70 bis 90°C auf die Rauhgrundschicht des auf 130 bis 180°C erwärmten Metall trägers aufgewalzt und anschließend durch kontinuierliche Erwärmung auf ca. 40°C und kurzzeitigem Halten bei dieser Temperatur gesintert.

In an sich bekannter Weise erfolgt anschließend in zwei hintereinander angeordneten Walzstufen das Kalibrieren der Gleitschicht auf die gewünschte Endmaßdicke.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform für die Herstellung des erfindungsgemäßen Mehrschicht-Gleitlager werkstoffs näher und beispielhaft erläutert.

Es wurde PTFE-Pulver mit 20 Gew.-% Glasfasern und 20 Gew.-% Zinksulfid intensiv unter Hinzufügen eines Extrusionshilfsmittels, wie Toluol, vermischt, daraus ein Vorformling gepreßt und dieser einer Extruder-Anlage auf gegeben. Das extrudierte Band wurde dann in einem Kalan der zu einer Folie von 2,5 mm Dicke und 250 mm Breite geformt und die Folie anschließend auf eine auf einem auf 150°C erhitzten Stahlträger angeordnete, porös aufge sinterte Zinn-Blei-Bronze-Schicht von 0,3 mm Dicke aufge walzt, wobei die Walzen eine Temperatur von 100°C aufwiesen. Anschließend wurde der so vorbehandelte Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff kontinuierlich auf 400°C erhitzt und bei dieser Temperatur ca. 3 Minuten gehalten, so daß das PTFE aussinterte.

In der Zeichnung ist ein Schnitt durch den erfindungsgemäß aufgebauten Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff dargestellt. Auf einem aus Stahl bestehenden Metallträger 1 befindet sich eine aus Zinn-Blei-Bronze porös aufgesinterte Rauh grundschicht 2, deren offenes Porenvolumen 35% beträgt. Auf der Rauhgrundschicht 2 ist die Gleitschicht 3 ange bracht, die aus der PTFE-Matrix 4 und darin enthaltenen Glasfasern 5 und Zinksulfidteilchen 6 besteht. Die Dicke der Gleitschicht 3 beträgt 0,35 mm. Die Poren der Rauh grundschicht 2 sind mit dem die Gleitschicht bildenden Werkstoff vollständig ausgefüllt.

Claims

1. Wartungsfreier Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff, bestehend aus der Kombination eines mit einer Rauh grundschicht, vorzugsweise einer 0,1 bis 0,35 mm dicken, porös aufgesinterten Bronzeschicht, Eisen schicht oder Schicht einer Aluminiumlegierung, ver sehenen Metallträgers aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung und einer Gleitschicht aus einer Matrix aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), mit deren Werkstoff auch die Rauhgrundtiefen ausgefüllt sind und die gegebenenfalls noch die Reibung verbes sernde und den Verschleiß hemmende Zusätze von Blei, Molybdändisulfid, Graphit, Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern, Glaskugeln, Keramik-Hohlkugeln, Bariumsulfat, Zinksulfid, Bleiborosilikat, einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-% enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Aufwalzen einer 0,5 bis 3 mm dicken PTFE-Folie erzeugte und gesinterte Gleitschicht (3) eine Dicke von 0,1 bis 1 mm besitzt.

2. Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Gleitschicht (3) 0,15 bis 0,25 mm beträgt.

3. Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (3) aus 20 Gew.-% Glasfasern, 20 Gew.-% Zinksulfid, Rest PTFE, besteht.

4. Verfahren zur Herstellung des Mehrschicht-Gleitlager werkstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Korngröße von 35 µm aufweisende PTFE unter Zumischung eines Extrusions hilfsmittels zu einem Vorformling gepreßt, dieser zu einem Band von 1,5 bis 5,0 mm Dicke extrudiert, das Band durch konditionierendes Kalandrieren zu einr Folie von 0,5 bis 3,0 mm Dicke geformt, die auf 70 bis 90°C erwärmte Folie auf die Rauhgrundschicht des auf 130 bis 180°C erwärmten Metallträgers aufgewalzt und anschlie ßend das PTFE durch kontinuierliche Erwärmung auf ca. 400°C und kurzzeitiges Halten bei dieser Temperatur gesintert wird.