DE6610019U - Schmierungsfreies reibungspaar. - Google Patents
Schmierungsfreies reibungspaar.Info
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Description
DR. MÜLLER-BORE DIPL-PHYS. DR. MAN ITZ':D{pL-.-CKE^. KRr DEUFBL
\Gtom G 17715A7b München, 2 5. OKt. 1972
IGENTEE STEPHANOIS DE EEOHERCHE .. . D/U - C 928
Sclriiiierungsfreies Reibungspaar
d /Γ
dipl.-ing. FINSTERWALD DlPCAfR&tmAMKdW /Γ |
PATENTANWÄLTE J
Die Erfindung "betrifft ein schmierungsfreies Eeibungspaar,
das verschleiß- und korrosionsfest ist und in verschiedenen Umge"bungen, wie in Luft, Wasser, Dampf oder Gas, korrodierenden
ITuiden, oxydierender Umgeoung, usw., ohne Rupfen arbeiten
kann.
Dieses Seibungspaar zeichnet sich dadurch aus, dass von den
aneinander reibenden Teilen das eine aus Gold und das andere aus einem Material auf Ohrombasis besteht.
Zur Herstellung dieses Paars werden die mit ihren Oberflächen aneinander reibenden Teile aus Gold oder einem Material auf
Chrombasis vorzugsweise unter Zwischenlage einer Hartmetallschicht
auf das Grundmetall aufgebracht.
Demgemäss wird das Reibteil aus Gold, das aus einer Goldschicht
von $ bis 20 Hikron besteht, auf eine Uickelschicht aufgebracht,
welche am Grundmetall des Teiles befestigt ist.
!r^feÄehariWr-Hüedien. Kto.-Nr.SE22
SfTWl 318,1.73
• ♦
— 2 —
Das Reibteil aus Chrom oder einem Gemisch von Chrom und
Chromoxyd wird entweder durch direkte Ablagerung von Chrom auf dem Grundmetall, wenn dieses mit dem Chrom eine Legierung
eingehen kann, oder unter Zwischenfügung aufeinanderfolgender Schichten von ineinander löslichen Metallen,
wie insbesondere Nickel und Kobalt, aufgebracht.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:
Figur i eine Scihnittansicht einer Ausführungsform des Reibungspaars
,
Figur 2 eine erläuternde Kurvendarstellung, die Figur 3 und 4- die Verwendung der Elemente des Reibungspaars,
und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Versuchsvorrichtung des Seibungspaares.
Nach Fig. 1 weist das erste Seil A des Eeibungspaars von
innen nach aussen folgende Bestandteile auf: . - das Grundmetall 1, das mit Nickel Legierungen bilden kann,
— eine Nickel-Zwischenschicht 2, deren Dicke in Abhängigkeit
von der Härte des Grundmetalls 1 bestimmt ist,
— eine Oberflächenschicht 3 aus Gold, deren Dicke zwischen
3 -und 20 Mikron liegt.
Die Dicke der Nickelschicht wird zwischen zwei Grenzwerten
gewählt, die in der Kurvendarstellung gemäss Fig. 2 angegeben sind. In dieser Kurvendarstellung ist auf der Abszisse die
Härte &des Grundmetalls 1 ausgedruckt in Yickers-Werten
unter einer Belastung von 25 Gramm und auf der Ordinate die
Dicke e der Nickelschicht in Mikron aufgetragen. Der Wert
für die Dicke der Nickel schicht wird so gewählt, dass er in
dem Bereich a zvd.sch.en den zwei Kurven b und c liegt»
Das zweite !Teil B des Reibungspaars weist entsprechend Tig* 1 von innen nach aussen folgende Bestandteile auf:
- das Basismetall 4, das so gewählt ist, dass es mit dem Chrom Legierungen bilden kann,
- eine Zwischenschicht 5> die aus einer beliebigen Verbindung
zwischen Ohrom und einem oder mehreren anderen Metallen bestehen kann, wobei eines dieser Metalle das
Grundmetall selbst sein kann,
- eine Oberflächenschicht 6, die aus einem Gemisch von
Ohrom und Ohromoxyd besteht und deren Dicke geringer als 2 Mikron ist.
Die Dicke der harten Schicht 5 ist grosser als IO Mikron.
Ihre Härte geht in einem Bereich zwischen 0,01 und 0,5 mm unterhalb der Oberfläche durch ein Maximum und nimmt dann
im Masse des Eindringens nach innen ab, um progressiv die Härte des Grundmetalls im Inneren zu erreichen.» Diese maximale
Härte der Zwischenschicht liegt über einer Vickers-Härte von 400 bei 25 Gramm.
Die Oberflächenschicht 6 wird durch Polieren oder Schleifen oder durch andere eine Reibung gewährleistende Mittel erhaltan,
wobei diese Vorgänge vorzugsweise trocken und in oxydierender Umgebung durchgeführt werden ο Die Umgebungsatmosphäre
kann dabei Sauerstoff oder auch die Umgebungsluft sein· Vorteilhafterweise wird es zugelassen, dass sich das !Teil im
Verlauf dieses BearbeitungsVorgangs frei erwärmt. Die Oberflächenschicht
6 kann gleichermassen durch ein beliebiges
Verfahren erhalten werden, das eine Oberflächenoxydierung
gewährleistet« Die Rauhigkeit dieser Oberflächenschicht soll
den Wert von 20 Mikro-Zoll der CLA~Norm (Genter Line
Average) nicht überschreiten.
Bei einer Ausführungs Variante des Reizungspaars gemäss der
Erfindung "besteht die auf dem Teil B ausgebildete Zwischenschicht
5 aus Chrom» Wenn das dieses Teil B "bildende Grundmetall
in diesem Falle mit Chrom nur schwer Legierungen "bildet, so werden zwischen dem Grundmetall und dem Chrom
aufeinanderfolgende Schichten von Metallen in der Weise
vorgesehen, dass jedes dieser Metalle gleichzeitig in dem ihm vorhergehenden und dem nachfolgenden Metall löslich
ist, wobei das direkt mit dem Grundmetall in Berührung stehende Metall in diesem löslich ist und das letzte Metall,
das direkt in Berührung mit dem Chrom steht, Nickel oder Kobalt, und vorzugsweise Nickel, isto Die jeweiligen
Dicken der verschiedenen aufeinanderfolgenden und zwischen
dem Grundmetall und der Chromschicht angebrachten verschiedenen Schichten liegen zwischen 0,5 und 10 Mikron.
-Bei dem Einsatz des fieibungspaares gemäss der Erfindung v/ird
die Verwendung von Gold und dem Gemenge von Chrom und Ghromoxyd
an der einen und der anderen der zwei Oberflächen in Abhängigkeit von den kinematischen Einsatzbedingungen der
sich miteinander ±n Berührung befindenden Seile bestimmt.
Wenn die eine der flächen geschlossen ist, d.h. während eines Zyklus von dem Auflagebereicb. ganz durchlaufen, wird,
so wird für diese geschlossene 3?läche Gold verwendet werden.
Ia einem derartigen Fall wird das Chrom der offenen Fläche
zugeordnet sein, d^hc der Fläche, die während eines Z^rklus
■von dem Auflagebereich. nicht ganz durchlaufen wJLed. Dies
ist der· Fall bei dem in Fig„ 3 dargestellten Beispiel, wo
sich, eine Welle IO in einem lager 11 däcelit;. Die anf die
Velle ausgeüooe Sraft greift in der dureii den Pfeil F angegebenen
festen Biclifcung an« In diesem Falle ist die Welle 1Ö
661OQIS 18.1.
vergoldet und die Oberfläche des Lagers 11 ist mit einem Gemisch von Chrom und Ghromoxyd überzogen. Wenn jedoch im
Gegensatz zum vorhergehenden Palle keine der Oberflächen
die Bedingungen für "geschlossen" oder "offen" erfüllt, so wird das Gold für diejenige der zwei Plächen verwendet,
auf der der Auf 1 age "bereich den längsten Weg zurücklegt»
Dies ist beispielsweise der Pail "bei der in Pig«, 4 dargestellten
Anordnung, wo ein Schlitten 13 auf einer Führungsschiene
12 reibt und das Gold für die Führungsschiene und das Gemisch von Chrom und Chromoxid für den Schlitten verwendet
ist.
Der beste Anwendungsbereich des Reibungspaars gemäss der
Erfindung liegt in den BetriebsJäLlen mit freier Oxydation
und Erhitzung vor, wobei die Reibung die konstante Regenerierung der Oberflächenschicht gewährleistet, die aus einem
Gemisch von Chrom und Chromoxyd besteht. Im entgegengesetzten PalIe ist die Reibung nur gut, solange diese Oberflächenschicht
noch vorhanden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von nicht einschränkenden Beispielen erläutert, in denen vergleichende Ergebnisse
von Versuchen angeführt sind, die auf einer Reibungsmaschine durchgeführt wurden, in der gemäss Pig. 5 ein Ring 14 mit
einem Durchmesser von 35 mm mit regelbarer Geschwindigkeit
gedreht wird und dabei unter regelbarer Belastung auf einem Auflagerplättchen 15 aufliegt,das eine gleichförmige lineare
Wechselbewegung mit einer Amplitude von 18 mm durchführt«
TTCCDTTT Λ
JXiX K)JC XXlOJ I
Der Ring und das Plättchen bestehen aus geglühtem, mittelhartem Kohlenstoffstahl XG der Zusammensetzung: 0,36 % C,
0,28 % Si, 0,55 % Mu, Rest Eisen. Der Ring (geschlossene
Oberfläche) wurde zunächst vernickelt und dann vergoldet;·
Das Plättchen (offene Oberfläche) ist verchromt, und seine Rauhigkeit beträgt 15 Mikro-Zoll GLi9 welche dadurch erhalten
wurde, dass zunächst ein Polieren mit Schleif paper und dann ein Polieren mit Aluminiumoxyd durchgeführt wurde,
und zwar in Umgebungsluft, wobei sich das 5Ceil frei erwärmen
konnteο
Die das Plättchen gegen den Hing drückende Belastung beträgt 24- daN, und die Gleit^eschwindigkeit ist 0,075 m/sec.
Das vorher mit Ithylacetat entfettete Teil reibt in Umgebungsluft. Bei diesen Bedingungen kann die Reibung während drei
Stunden mit einem Reibungskoeffizienten von 0,18 andauern, ohne dass dabei irgendein Schlechterwerdera. der Oberflächenzustände
und irgendeine Korros ions spur auftritt.
Die Prüfkörper sind die gleichen wie in Beispiel 1, aber dieses Mal wird auf dem Plättchen in die Oberflächenschichten
Chrom diffundiert. Anschliessend wird das Plättchen in gleicher
Weise wie im vorhergehenden Beispiel poliert.
Der Reibvorgang kann dann während dreier Stunden unter einer Belastung von 35 daN und mit einer Gleitgeschwindigkeit von
0,5 m/Sekunden in Umgebungsluft mit einem konstanten Reibungskoeffizient
en von 0,15 erfolgen. Dabei sind die Zustände der Oberflächen einwandfrei, und es zeigt sich keinerlei Korrosionsspur.
Es wird der gleiche Ring wie in den Beispielen 1 und 2 verwendet. Das Plättchen besteht aus rostfreiem Stahl der Art
Z3 GU 18.10 der Zusammensetzung: 0,024-%C, 0,58 % Si,
0,76 % nnt 11,5 % Ni, 19,3 % Cr, 0,23 % Mo, 0,02 % £i,
Rest Eisen. Auf dieses Plättchen wird auf elektrolytisch^ Wege eine Chromschicht aufgebracht, wobei zwischen die
Basis aus rostfreiem Stahl und der Chrom-rOberflächenbeschichtung
eine Zwischenschicht aus Nickel vorgesehen wird. Die auf diese Weise erhaltene Oberfläche wird anschliessend
in gleicher Weise wie in den vorhergehenden Beispielen polierte
Die auf diese Weise behandelten Teile können unter einer Belastung von 35 <iaN ™i<3- mit einer Gleit geschwindigkeit
von 0,5 m /Sekunden in Umgebungsluft ohne irg-andeine Spur
von öl oder Eett während einer Stunde mit einem Reibungskoeffizienten
von 0,15 gleiten, ohne dass dabei irgendein Schlechterwerden der Ob er flächenzustände eintritt und eine
Korrosion erfolgt.
1 daN = 1O~1 Newton
1 daN = 1O~1 Newton
- Schutzansprüche -
Claims (8)
1. Schmierungsfreies Reibungspaar, das verschleiss- und
korrosionsfest ist, dadurch. gekennz e i c h. -
n e t , dass eines der reitenden Seile (3>6) aus
G-old und das andere aus einem Material auf Chrombasis
"besteht,
2. Reibungspaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die reibenden Teile unter
Zwischenlage einer Hartmetallschicht (2,5) auf dem Metall des Basisteils (1,4) angebracht sind.
5· Reibungspaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der reibende Teil aus Gold
aus einer Goldschicht (3) von 3 bis 20 Mikron besteht, die auf eine Kiekelschicht (2) aufgebracht ist, welche
an dem Basismetall (1) befestigt ist»
4. Reibungspaar nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η rzeichnet
, dass der reibende Teil (6) auf der Basis von Ghrom aus einem Gemisch von Chrom und
Chromoxyd besteht»
5. Reibungspaar nach den Ansprüchen 1,2 uad 4, dadurch
gekennzeichnet , dass der reibende Töü
(6) auf Chrombasis an dem Basiateil (4) mittels einer
harten Schicht (5) befestigt ist, die aus Chrom oder einer beliebigen Verbindung zwischen Chrom und einem
oder mehreren anderen Metallen bestellt, wobei ©ines dieser Metalle das Basismetall selbst sein kann.
6. Reibungspaar nach Anspruch. 5 j dadurch gekennzeichnet; , dass der reibende Teil (6) auf
Chrombasis an einer Chroms chi cht (5) "befestigt ist, die serbst von dem das Basisteil (4) bildenden Metall
durch eine Nickel- oder Kobaltschicht getrennt ist.
7· Reibungspaar nach den Ansprüchen 1 und 5» dadurch
gekennzeichnet , dass das reibende Teil (6) auf Chrombasis mit dem Basismetall \4)
durch aufeinanderfolgende Schichten von ineinander löslichen Metallen verbunden ist.
8. Reibungspaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Goldschicht der geschlossenen
Fläche (10,12) zugeordnet ist, während die Schicht auf Chrombasis für die offene Fläche (11,13)
bestimmt ist.
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