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Verfahren zum Herstellen ebener oder rotationssymmetrischer harter
Oberflächen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vergütung von Oberflächen
von Geräteteilen, insbesondere solcher, die gegeneinander bewegt werden, aus verschiedenen
Werkstoffen, vorzugsweise aus Metall. Es ist an sich bekannt, Oberflächen zwecks
Verbesserung des Aussehens mit Lacken, Kunststoffen u. a. zu überziehen. Ferner
ist es bekannt, Lager von Maschinenteilen aus Kunststoffen herzustellen.
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Während es bei der ersten Gruppe kaum auf die Dicke des Überzugs ankommt
und diese Oberflächen keineswegs gegen Gegenflächen bewegt werden sollen, werden
bei den Lagern Kunststoffschalen erheblicher Dicke verwendet, die funktionell einen
eigenen Maschinenteil bilden und auch im allgemeinen durch konstruktive Maßnahmen
in den aus Metall ausgeführten Außenschalen verankert sind.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, besonders hochwertige
Oberflächen in einfachen Verfahrensstufen herzustellen, die unabhängig von der Oberflächengüte
der Werkstoffoberflächen sind und die sich durch gute Gleitfähigkeit auszeichnen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch besondere Maßnahmen extrem dünne
Kunststoffschichten auf den zu vergütenden Metalloberflächen physikalisch verankert
und dieseKunststoffschichten durch eine weitere Verfahrensmaßnahme mit einer solchen
Oberfläche versehen, daß diese unabhängig von der Mikrostruktur der Metalloberfläche
ist und außerdem auf der der Metalloberfläche abgewandten Fläche keine oder praktisch
keine Eigenstruktur (Ritze, Kratzer oder Bearbeitungsmarken usw.) besitzt. Das Verfahren
gestattet ferner, praktisch ideale Oberflächen im Makroskopischen herzustellen,
d. h. z. B. plane Flächen, die über große Bereiche als eben anzusprechen sind. Durch
das erfindungsgemäße Verfahren können daher auch besonders genaue Passungen von
aufeinanderarbeitenden
Flächen erreicht werden, so daß beispielsweise
das Rundlaufen von Wellen und das Ebenlaufen von Schiebern durch die so gewonnenen
Präzisionslager und Führungen sichergestellt ist. Selbstverständlich kann durch
die guten Laufeigenschaften und die Oberflächengüte der spezifische Flächendruck
erhöht werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Kunststoffe
Verwendung finden, die an dem Werkstoff der Geräteteile besonders gut physikalisch
haften. Sind Oberflächen von beispielsweise Kieselsäureglasgeräten zu vergüten,
so sind solche Kunststoffe zu verwenden, die stark polare Endgruppen wie - C O O
H, - O H usw. besitzen, die also durch physikalische Kräfte an den im Werkstoff
vorherrschenden (S'04) Gruppen haften. Diese Überlegungen gelten bei der Auswahl
der Kunststoffe für jeden Werkstoff. Aus der Fülle der so möglichen Kunststoffe
sind jedoch nur solche auszuwählen, die durch Polymerisation genügend harte Filme
erzielen lassen. Besonders geeignet sind die siliciumorganischen Verbindungen des
Typus R Si O O H, wobei R z. B. ein gerader oder verzweigter aliphatischer Rest
oder ein aromatisches Radikal bedeutet. Besonders vorteilhaft haben sich die Hydrolysenprodukte
der Halogenverbindungen siliciumorganischer Reste, wie z. B. R3 Si Hal, R2 Si Halt,
R Si Hal3, gezeigt, wobei R aliphatische, olefinische oder aromatische Reste und
Hal ein Halogen bedeuten können, vorzugsweise wird für Halogene Chlor gewählt. Dabei
müssen die verschiedenen organischen Radikale nicht untereinander gleich sein. Selbstverständlich
können auch Mischungen von Hydrolysenprodukten der gleichen oder verschiedenen Reihen
Verwendung finden. Zur Einstellung eines bestimmten Viskositätsgrades können insbesondere
siliciumorganische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht in solchen von niedrigem
Molekulargewicht gelöst werden. Besonders harte Oberflächenschichten werden erzielt,
wenn man eine der drei siliciumorganischen Verbindungen als Halogenverbindung, also
R3 Si Cl, R2 Si C12, R Si C13, in Gegenwart von verschiedenen Mengen Si C14 vorsichtig
hydrolisiert. Durch möglichst schnelles Ausschalten von bei der Hydrolyse entstehendem
H Cl und unter Anwendung tiefer Temperaturen gelingt es, niedrigmolekulare Mischpolymerisate
der Hydrolysenprodukte zu erzielen, die, auspolymerisiert, glasharte Oberflächenschichten
ergeben. Die hier genannten siliciumorganischen Verbindungen werden in der Literatur
gewöhnlich als polymerisationsfähig bezeichnet. In Wirklichkeit handelt es sich
um eine Kondensation. Hingegen ist es möglich, durch Verwendung von Verbindungen
des Typus R H Si O, also Aldehyde, echte Polymerisate zu erhalten, die ebenfalls
sehr geeignet für diese Oberflächenschichten sind. Auch ist es möglich, die Hydrolysenprodukte
mit anderen Kunststoffen zu Mischpolymerisaten zusammenzukoppeln und so einerseits
die Viskosität des niedrigpolymeren Produktes, andererseits die Oberflächenhärte
und Zähigkeit des mit diesen Produkten gewonnenen Films zu erzielen. Zweckmäßige
Schmiermittel für diese Oberflächenschichten sind alle solche, die die Kunststoffe
nicht oder nur unwesentlich anlösen oder anquellen. Zum Beispiel werden Kunststoffschichten
aus R Si O O H von den üblichen mineralischen, pflanzlichen oder tierischen Schmierölen
überhaupt nicht angegriffen, auch sind rein synthetische Schmieröle, beispielsweise
wieder auf siliciumorganischer Grundlage, besonders geeignet. Das erfindungsgemäße
Verfahren und weitere Einzelheiten desselben sollen nun an einem Beispiel erläutert
werden.
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Eine Gleitführung, die normal bearbeitet, beispielsweise gefräst ist,
wird vorerst sorgfältig von allem Schmutz und Öl, das aus der Bearbeitung stammt,
gereinigt und dann mit einem monomeren oder niedrigpolymerisierten Methylsilicol,
dem eine entsprechende Menge polymerisationsbestimmender Mittel, z. B. Benzoylperoxyd,
zugegeben ist, ganz leicht eingeölt. Niedrigpolymere Methylsilicole haben eine Zähigkeit
von etwa einem mittleren Schmieröl. Das Gegenstück der Gleitführung wird nun eingeschoben
und vorerst in der zu vergütenden Führung eine Zeitlang hin und her bewegt, wobei
der Überschuß an Methylsilicol durch Abstreifen oder andere an sich bekannte technische
Maßnahmen entfernt wird. Durch die Hinundherbewegung des Gleitstückes wird das Methylsilicol
sowohl in der Schwalbenschwanzführung als auch auf der Gegenfläche gleichmäßig verteilt
und die Dicke durch immerwährendes Entfernen des Überschusses an Methylsilicol so
weit verringert, bis praktisch die Schichtdicke des Methylsilicols nicht mehr abnimmt.
Das Methylsilicol hat nämlich die Eigenschaft, physikalisch besonders fest an Metalloberflächen
zu haften, so daß ein gänzliches Entfernen dieser Substanz durch diese Maßnahmen,
jedenfalls in den üblichen Zeiträumen, nicht erfolgt. Nach Entfernen des Gegenstückes
wird die Polymerisation des Methylsilicols, z. B. durch leichtes Erwärmen, eingeleitet.
Man führt zweckmäßig die Polymerisation so, daß glasharte Oberflächen entstehen,
also z. B. dadurch, daß man durch entsprechende Wahl eines die Polymerisation bestimmenden
Mittels, z. B. der Temperatur und gegebenenfalls auch der Atmosphäre, in der man
die Polymerisation durchführt, kurze Ketten bevorzugt entstehen läßt.
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Im allgemeinen kann man den Prozeß auch so führen, daß die Viskosität
des Kunststoffes zuerst sinkt, um dann schnell jene hohen Werte zu erreichen, die
naturgemäß beim fertigen Polymerisat aufzutreten pflegen. Beim Minimum der Viskosität
wird die Oberflächenspannung bewirken, daß die freie Oberfläche, also die der zu
vergütenden Metallfläche abgewandten, gleichzeitig die Oberfläche der kleinsten
potentiellen Energie ist, so daß die nun sich bildende und schnell erhärtende Oberfläche
von der von ihr bedeckten Metalloberfläche und deren Fehler (Risse, Kratzer, Unebenheiten
usw.) unabhängig wird. Man kann ein tiefes Minimum der Viskosität auch dadurch erreichen,
daß man dem Methylsilicol entsprechende Mengen von
Inhibitoren zusetzt,
die den Eintritt der Polymerisation zeitlich verzögern und so zuerst einen Abfall
der Viskosität erreichen lassen, aber dann durch das Einsetzen der Polymerisation
unschädlich werden. Diese Bremswirkung bzw. die Verschiebung des zeitlichen Einsatzes
der Polymerisation kann von verschiedenen Gruppen von Substanzen, wie z. B. Hydrochinon
u. dgl., bewirkt werden und hängt naturgemäß sehr von dem verwendeten Kunststoff
ab. Die nach der Polymerisation gebildete Oberfläche ist naturgemäß ungleich besser
als die durch Schleifen oder Polieren oder Drücken hergestellte Metalloberfläche.
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Über die Dicke der Kunststoffschicht kann man folgendes aussagen.
Sie muß mindestens so stark sein, daß alle Unebenheiten der Oberfläche bedeckt sind.
Diese Dicke ist vorteilhaft so zu wählen, daß die Kunststoffschicht eine von der
Unterlage unabhängige Oberfläche bilden kann, in dem Sinn, daß die durch die Oberflächenspannung
vor oder bei der Polymerisation bewirkteOberfläche kleinster potentieller Energie
der idealen Oberfläche entspricht, wobei die ideale Oberfläche entweder eine Planfläche
oder eine makroskopisch irgendwie gekrümmte Fläche, beispielsweise eine sphärische
oder zylindrische Fläche, sein kann. Die Schicht darf also nicht so extrem dünn
sein, etwa 11,(),u, daß die durch die Oberflächenspannung gebildete Oberfläche noch
immer die Unebenheiten der Unterlage, allerdings vermindert, wiedergibt.
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Man kann ein zu vergütendes Werkstück auch durch ein Probegegenstück,
das nach irgendwelchen Methoden vorher besonders sorgfältig und auf ein besonders
genaues Maß bzw. Passung hergestellt ist, auf genaueste Passung bringen.
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Durch geeignete Wahl der Passung ist es darüber hinaus möglich, eine
ganz bestimmte Schmierfilmdicke zu erzielen und so einen besonders guten Lauf der
gegeneinanderbewegten Flächen zu bewirken. Maschinenteile mit den erfindungsgemäß
vergüteten Oberflächen eignen sich daher im besonderen Maß für Präzisionsgeräte
aller Art. `regen der hervorragenden Oberflächengüte, die durch die Kunststoffe
erzielt wird, und der Formtreuheit der Oberflächen selbst, können die spezifischen
Flächenbelastungen nicht unwesentlich erhöht werden, ohne daß die Gefahr eines Fressens
der gegeneinanderbewegten Oberflächen zu befürchten ist. In einem gewissen Sinn
haben Gleitlager oder ebene Lagerflächen bei Verwendung von Kunststoffen, die bei
erhöhter Temperatur thermoplastisch sind, noch eine zusätzliche Notlaufeigenschaft
dadurch, daB bei übermäßiger Beanspruchung und Wärmeanstieg die Kunststoffflächen
selbst plastisch werden und zum Schmierprozeß einen wenn auch bescheidenen Beitrag
liefern.