DE6610019U - Schmierungsfreies reibungspaar. - Google Patents

Schmierungsfreies reibungspaar.

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DE6610019U
DE6610019U DE19686610019 DE6610019U DE6610019U DE 6610019 U DE6610019 U DE 6610019U DE 19686610019 DE19686610019 DE 19686610019 DE 6610019 U DE6610019 U DE 6610019U DE 6610019 U DE6610019 U DE 6610019U
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C22CALLOYS
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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
dipl.-ing. FINSTERWALD DlPCAfR&tmAMKdW |
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.
IDr. MüIter^Bore DtMariitz - Dr. Deufel - DipUng. Finsterwald DipL-lng. Grämkow BrannsÄweJg. Arn BürgerpailcB 8MQnciien22,Hbbert-Xocäi-StraBel 7Stu«gart-Bad Cannstatt, Marktstraße TeSefoa iiS3i) 73SST Telefon 5»fl 233645. Te!ex5-220S0 mbpat Telefon (0711) 567261 Barite: Zentralfcassa Biyer^fcJte^inWr-Atüedien. Kto.-Nr.S622 Postschedc: München S5495
!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.
BEISPIEL 2
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.
BEISPIEL 3
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
- Schutzansprüche -

Claims (8)

Schutzansprüche
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.
DE19686610019 1967-04-21 1968-06-27 Schmierungsfreies reibungspaar. Expired DE6610019U (de)

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CH502529A (fr) 1971-01-31
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