DE102004020385B4

DE102004020385B4 - Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen

Info

Publication number: DE102004020385B4
Application number: DE102004020385A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Holzer
Original assignee: Saint Gobain Performance Plastics Pampus GmbH; Saint Gobain Performance Plastics Corp
Current assignee: Saint Gobain Performance Plastics Pampus GmbH; Saint Gobain Performance Plastics Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2024-04-24
Also published as: DE102004020385A1; CA2526653A1; JP2007502370A; EP1629138A1; WO2004104268A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse umfassend einen außen mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Metallmantel als Träger und eine Gleitschicht aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Kunststoff-Gleitschicht mit dem Metallmantel innig verbunden ist und ein Verbundmaterial bildet,
– Streifenzuschnitte davon gerollt und geflanscht werden,
– die Buchsen zunächst mit einem mild alkalischen Reiniger gereinigt und entfettet werden und
– das Auftragen des Korrosionsschutzmittels durch Umwälzender Gleitlagerbuchse in einem Gemisch, enthaltend pulverförmiges Korrosionsschutzmittel und Hartstoffkörper erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen, die einen außen mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Metallmantel als Träger und eine Gleitschicht aus Kunststoff aufweisen. Gleitlagerbuchsen, die nach der eingangs genannten Art hergestellt sind, sind allgemein bekannt und finden vielseitige Verwendung in Scharnieren und Lagern verschiedenster Art, insbesondere im Automobilbereich. Der Betrieb der Gleitlagerbuchsen ist wartungsfrei, d. h. eine Schmierung der Lager ist nicht erforderlich. Der Einbau der Gleitlagerbuchsen in die entsprechenden Scharniere und Lager erfolgt in der Regel durch Einpressen mit geeigneten Werkzeugen. Die Gleitlagerbuchsen werden daher auch als einpressbare wartungsfreie Gleitlagerbuchsen bezeichnet.
Beispiele für bekannte einpressbare Gleitlagerbuchsen sind u. a. in den Druckschriften DE 35 34 242 , EP 0 217 462 und WO 90/12965 A1 beschrieben. Derartige Buchsen weisen üblicherweise einen Metallmantel auf, der auf seiner Innenseite mit einer Kunststoff-Gleitschicht ("Laufschicht") auf Basis von Fluorpolymer-Compounds (z. B. PTFE mit Glasfaser-Graphit-Füllstoff) versehen ist. Je nach gewünschten Laufeigenschaften enthält die Kunststoff-Gleitschicht zusätzlich noch ein Zinn/Bronze-Drahtgewebe oder ein Streckmetall als Verstärkungsmaterial, welches in den Fluorpolymer-Compound eingebettet ist. Ferner ist beispielsweise aus der WO 99/05425 A1 bekannt, als Kunststoff- Gleitschicht ein oberflächenstrukturiertes Metallblech mit wabenförmigen Ausnehmungen vorzusehen, wobei das Fluorpolymer-Compound adhäsiv auf der Oberfläche des Metallblechs haftet und die wabenförmigen Ausnehmungen ausfüllt. Metallmantel und Kunststoff-Gleitschicht werden in den beschriebenen Gleitlagerbuchsen üblicherweise durch einen Schmelzklebefilm (z. B. PFA, ETFE) miteinander verbunden. Die DE 38 81 511 T2 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Gleiteigenschaften eines metallischen Trägermaterials durch gemeinsames mechanisches Aufbringen von Gleitmittelteilchen und Metallpulver. Das Metallpulver bildet während des mechanischen Aufbringens eine poröse plattierte Auflage, die die Gleitmittelteilchen einschließt wodurch die Gleiteigenschaften des metallischen Trägermaterials erhöht werden. Die DE 1 521 386 B offenbart eine Promotermasse zum mechanischen Aufbringen von metallischen Überzügen auf metallische Gegenstände. In einer rotierenden Trommel in Gegenwart von pulverförmigen Überzugsmaterial, Prellmedien, einer sauren Substanz und Wasser.
Zum Schutz vor Korrosion ist es ferner üblich, den Metallmantel der Gleitlagerbuchse auf seiner Außenseite und an den Stirnseiten mit einer Korrosionsschutzschicht aus Zink oder Zink/Nickel, Zinn, Zink-Aluminium und gegebenenfalls Chrom zu versehen. Bei der Herstellung von bekannten Gleitlagerbuchsen erfolgt das Aufbringen der Zink- bzw. Zink/Nickelschicht durch galvanisches Verzinken, d. h. die fertigen Gleitlagerbuchsen werden in ein galvanisches Zink- bzw. Zink/Nickelbad gegeben, in dem die korrosionsschützende Zink- bzw. Zink/Nickelschicht elektrolytisch abgeschieden wird.
Untersuchungen der Anmelderin im Vorfeld der Erfindung haben nun gezeigt, dass beim galvanischen Verzinken der Gleitlagerbuchsen Zinkabscheidungen auf der Laufschicht im Flanschbereich entstehen, die sich nachteilig auf die Gleiteigenschaften der Buchsen auswirken. Es wird angenommen, dass die Zinkabscheidungen dadurch entstehen, dass bei der Flanschformung in der Kunststoff-Laufschicht Mikrorisse entstehen, über welche der Elektrolyt bis auf die Metallverstärkung (z. B. Bronzegewebe) eindringen kann und somit die elektrolytische Abscheidung von Zink ermöglicht. Es wurde festgestellt, dass die Zinkabscheidungen trotz ihrer geringen Menge im Mikrogrammbereich einen nachteiligen Effekt auf die Anfangsgleiteigenschaften der Gleitlager haben. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Zinkabscheidungen in der Einlaufphase der Gleitlagerbuchse zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizienten sowie zu einer Verringerung des Tragvermögens und der Verschleißbeständigkeit führen. Der erhöhte Abrieb wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer der Gleitlager aus.
Nachteilig an dem galvanischen Verzinken der Gleitlagerbuchsen ist ferner, dass es häufig zu einer Beschädigung von einzelnen Buchsen durch Lichtbogenüberschläge und dadurch zu einer relativ hohen Ausschussrate an defekten Buchsen kommt. Die Lichtbogenüberschläge sind auf den mangelhaften elektrischen Kontakt der polymerbeschichteten Buchsen und die damit verbundenen lokalen Feldkonzentrationen während der Elektrolyse zurückzuführen.
Aus der DIN-Norm ISO 12683 ist ferner bekannt, metallische Bauteile mechanisch zu plattieren, d. h. mit einem Zinküberzug zu versehen, der mit Hilfe einer geeigneten Trommelvorrichtung aufgebracht wird. Das Verfahren wird auch als Kugelplattieren bezeichnet, denn es beruht im Wesentlichen darauf, dass in der Trommel Glaskügelchen unterschiedlicher Abmessungen Zinkstaubpartikel in die Oberfläche der zu plattierenden Bauteile eindrücken. Bei diesem Verfahren wird weder elektrischer Strom, noch Wärmezufuhr benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ausgezeichnete Gleiteigenschaften und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Insbesondere soll durch das Aufbringen der Korrosionsschutzschicht die Funktion und die Lebensdauer der Buchsen nicht beeinträchtigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse umfassend einen außen mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Metallmantel als Träger und eine Gleitschicht aus Kunststoff gelöst, bei dem

– die Kunststoff-Gleitschicht mit dem Metallmantel innig verbunden ist und ein Verbundmaterial bildet,
– Streifenzuschnitte davon gerollt und geflanscht werden,
– die Buchsen zunächst mit einem mild alkalischen Reiniger gereinigt und entfettet werden und
– das Auftragen des Korrosionsschutzmittels durch Umwälzen der Gleitlagerbuchse in einem Gemisch, enthaltend pulverförmiges Korrosionsschutzmittel und Hartstoffkörper erfolgt.

Im Gegensatz zu bekannten Herstellungsverfahren, die ein elektrolytisches Aufbringen der Korrosionsschutzschicht (z. B. durch galavanisches Verzinken) vorsehen, erfolgt das Aufbringen des Korrosionsschutzmittels im erfindungsgemäßen Verfahren auf mechanische Art, nämlich durch Eindrücken in die Oberfläche des Metallmantels.
So drücken beim erfindungsgemäß vorgesehenen Umwälzen der Gleitlagerbuchse in einem Gemisch enthaltend pulverförmiges Korrosionsschutzmittel und Hartstoffkörper die Hartstoffkörper die Korrosionsschutzmittel-Partikel in die Oberfläche des Metallmantels der Gleitlagerbuchsen ein.
Vor dem Plattierungsvorgang ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Gleitlagerbuchsen zunächst gründlich zu reinigen und zu entfetten. Die Entfettung kann auf beliebige Weise erfolgen, insbesondere bietet sich als Fettlöser heiße, alkalische Seifenlösung an. Die entfetteten Buchsen können anschließend in ein Säurebad getaucht und dann mit Wasser gespült werden.
Überraschend wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße mechanische Aufbringen des Korrosionsschutzmittels gegenüber den üblichen galvanischen Verfahren zu einer höheren Lebensdauer und zu verbesserten Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchsen führt. Insbesondere wurde festgestellt, dass es bei dem mechanischen Auftragen des Korrosionsschutzmittels im Gegensatz zu den galvanischen Verfahren nicht zu einer Bildung von Zinkablagerungen im Flanschbereich der Laufschicht kommt. Dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Auftreten von Zinkablagerungen im Flanschbereich vermieden werden kann war insbesondere deswegen überraschend, weil auch beim erfindungsgemäßen Verfahren die Flanschbereiche der Buchsen in direkten Kontakt mit Zinkpulver (oder anderem Metallpulver) kommen. Dieser Kontakt führt jedoch überraschenderweise nicht zu einer dauerhaften Zinkablagerung in den genannten Bereichen. Die bei den herkömmlichen galvanisch verzinkten Gleitlagerbuchsen beim Einlaufen infolge der Zinkablagerungen beobachtete unerwünschte Erhöhung des Reibungskoeffizienten und Verringerung des Tragvermögens und der Verschleißbeständigkeit treten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gleitlagerbuchsen weisen gegenüber den üblichen galvanisch verzinkten Gleitlagerbuchsen eine erhöhte Lebensdauer auf.
Darüber hinaus weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gleitlagerbuchsen gegenüber den galvanisch verzinkten Buchsen eine verbesserte Haftung zwischen. Metallmantel und Kunststoff-Gleitschicht auf. Eine Ablösung der Kunststoff-Gleitschicht, insbesondere im anfälligen Flanschbereich, findet nicht statt. Zudem hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem herkömmlichen galvanischen Verfahren schonender ist und zu weniger Beschädigungen der Buchsen und damit zu einer geringeren Ausschlussrate bei der Fertigung führt.
Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von Gleitlagerbuchsen aller Art und ist nicht auf bestimmte Gleitlagerbuchsen beschränkt. Wesentlich ist lediglich, dass die Gleitlagerbuchse einen Verbund von Metallmantel und Kunststoff-Gleitschicht aufweist. Üblicherweise weist die Gleitlagerbuchse einen an seinen Stirnseiten offenen hohlen zylindrischen Körper auf, der auf seiner Außenseite den Metallmantel und auf seiner Innenseite die Kunststoff- Gleitschicht aufweist. Die Gleitlagerbuchse kann an mindestens einer ihrer Stirnseiten einen Flansch aufweisen, der ein einfaches Einpressen der Buchse in ein Scharnier oder Lager ermöglicht. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von wartungsfreien Gleitlagern geeignet.
Der Metallmantel der Gleitlagerbuchsen kann aus beliebigen Metallen und Metallegierungen bestehen. Besonders geeignete Metalle sind Stahl, Edelstahl, Aluminium, Bronze, Messing, Titan und/oder Kupfer sowie Legierungen aus diesen Metallen.
Die Kunststoff-Gleitschicht der Gleitlagerbuchsen enthält einen Gleitlagerwerkstoff aus Kunststoff. Kunststoffe, die für solche Zwecke geeignet sind, weisen neben guten Gleiteigenschaften in der Regel eine hohe mechanische Belastbarkeit und/oder eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Kunststoffe auf Basis von fluorhaltigen Polymeren, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyfluoralkoxyalkenen (PFA, MFA) und/oder Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (FEP), sowie auch nicht fluorhaltige Polymere, wie insbesondere Polyether-Etherketon (PEEK) oder Polyethylen (PE), insbesondere hochmolekulares Polyethylen (HMW-PE) und/oder ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE).
Die Kunststoff-Gleitschicht kann zur Verbesserung des Tragvermögens und zur Verringerung des Verschleißes, Kaltflusses und der Haftreibung organische und/oder anorganische Füllstoffe enthalten ("Compounds"). Bevorzugte Kunststoff-Compounds enthalten Glasfasern, Kohle, Graphit und/oder ein aromatisches Polyester. Besonders geeignet sind Fluorpolymer/Glasfaser/Graphit-Compounds, Fluorpolymer/Kohle/Graphit-Compounds und Fluorpolymer/aromatischer Polyester-Compounds.
Die Kunststoff-Gleitschicht der Gleitlagerbuchsen kann zur Verstärkung ferner eine metallische Komponente enthalten, wobei die metallische Komponente ein Verstärkungsmaterial mit offener Struktur, ein Gewebe, insbesondere ein Drahtgewebe, ein Streckmetall, ein Vlies, insbesondere ein Metallvlies, ein Metallschaum, eine poröse Metallschicht und/oder eine Lochblende sein kann. Im Fall einer porösen Metallschicht (insbesondere eine poröse Bronzeschicht) ist diese vorzugsweise auf den Metallmantel aufgesintert. Die metallische Komponente kann aus beliebigen Metallen oder Metallegierungen bestehen. Vorzugsweise besteht sie aus einem Material ausgewählt aus Bronze, Kupfer, Chrom, Nickel, Zink, Zink-Eisen-Legierung, Zink-Nickel-Legierung, Aluminium, Zinnbronze, Stahl, Edelstahl und Legierungen davon.
Die Kunststoff-Gleitschicht der Gleitlagerbuchse ist mit dem Metallmantel innig verbunden und bildet ein Verbundmaterial. Vorzugsweise wird die Kunststoff-Gleitschicht mit dem Metallmantel über einen Heißschmelzklebefilm, insbesondere aus Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE), und/oder Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), verbunden. Möglich ist jedoch auch, den Metallmantel und die metallische Komponente der Kunststoff-Gleitschicht (z. B. Drahtgewebe oder -streckmetall) metallisch, z. B. durch Versintern oder Schweißen, miteinander zu verbinden und anschließend das Gleitmaterial in die metallische Komponente einzubringen. Bei einer derartigen metallischen Verbindung ist die Verwendung eines Schmelzklebers zur Verbindung von Metallmantel und Kunststoff-Gleitschicht nicht erforderlich.
Im Folgenden wird der im erfindungsgemäßen Verfahren angewendete mechanische Plattierungsvorgang zum Aufbringen der Korrosionsschutzschicht näher beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Ausbildung der Korrosionsschutzschicht ein Korrosionsschutzmittel in Pulverform mechanisch auf den Metallmantel der Gleitlagerbuchse aufgetragen wird. Den Vorgang des mechanischen Auftragens bezeichnet man auch als Plattieren.
Als Korrosionsschutzmittel kommen beliebige Materialien in Frage, die geeignet sind, als Oberflächenbeschichtung die Korrosionsanfälligkeit des Materials zu vermindern. Beim Korrosionsschutzmittel handelt es sich vorzugsweise um ein duktiles Material, insbesondere um ein duktiles Metall, das sich beim Plattieren in die Oberfläche des Metallmantels eindrücken läßt. Besonders geeignet als Korrosionsschutzmittel sind Metallpulver, insbesondere Zink, Zinn, Aluminium, Cadmium und/oder Legierungen davon. Es sind aber auch nichtmetallische Korrosionsschutzmittel wie bestimmte duktile Polymere denkbar. Gemäß einer besonderes bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Zink, insbesondere in Form von Zinkstaub, als Korrosionsschutzmittel verwendet.
Das Korrosionsschutzmittel liegt in Pulverform vor. Unter Pulvern im Sinne der Erfindung sind Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 mm bis 1 μm zu verstehen. Das Aufbringen erfolgt umso einfacher, je kleiner der mittlere Teilchendurchmesser des verwendeten Pulvers ist. Vorteilhafterweise liegt dieser bei 1 μm bis 1 mm, vorzugsweise bei 3 bis 20 μm, noch bevorzugter bei 1 bis 10 μm und insbesondere bei 3 bis 8 μm.
Als Hartstoffkörper werden vorzugsweise kugelförmige Hartstoffkörper, z. B. Glaskugeln, eingesetzt. Die Hartstoffkörper weisen vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 10 mm, insbesondere von 0,4 bis 1,2 mm, auf. Die Größe der verwendeten Hartstoffkörper hat einen Einfluß auf die Schnelligkeit und die Körnigkeit der erhaltenen Beschichtung. Große Körper mit einem Teilchendurchmesser von 3 bis 10 mm weisen eine hohe Stoßwirkung auf, was zu einem schneller verlaufenden Plattierungsvorgang führt. Der Vorteil der Verwendung von kleineren Körpern mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 0,5 mm liegt dagegen darin, dass sie Agglomerate zerschlagen, die sich unter den Verfahrensbedingungen aus dem Beschichtungsmittel bilden und zu einer unerwünschten grobkörnigen Beschichtungsoberfläche führen. Die Verwendung kleinerer Körper führt daher zwar zu einem langsameren Beschichtungsvorgang, liefert im Ergebnis jedoch eine feinkörnigere Beschichtung.
Um die Vorteile von großen und kleinen Hartstoffkörpern zu kombinieren, können auch Mischungen aus diesen verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass sich mit einem Mischungsverhältnis von 10 : 90 bis 50 : 50 Vol.%, insbesondere 20 : 80 bis 30 : 70 Vol.%, von Körpern mit einem Teilchendurchmesser von 3 bis 10 mm zu Körpern mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 0,5 mm eine Beschichtung erzielen lässt, die für den Einsatz von Gleitlagerbuchsen besonders vorteilhafte Oberflächen- und Korrosionsschutzeigenschaften aufweist. Vorzugsweise werden Glaskugeln verschiedener Größe im angegebenen Mischungsverhältnis eingesetzt.
Als Material für die Hartstoffkörper eignen sich beliebige Materialien, deren Härte größer ist, als die Härte der Korrosionsschutzmittel-Partikel. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Hartstoffkörper Glaskugeln eingesetzt, da Glaskugeln einfach und preiswert, in vielen Größen erhältlich, ungiftig, chemisch inert, nicht absorbierend, verschleißfest und wiederverwertbar sind sowie eine geringe Reibungszahl und hohe Stoßfestigkeit aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen Hartstoffkörper und Gleitlagerbuchsen im Gemisch zu etwa gleichen Volumenteilen vor. Es kann jedoch auch ein höherer oder geringerer Anteil an Hartstoffkörpern gewählt werden. Ein höherer Anteil an Hartstoffkörpern ist insbesondere bei der Beschichtung von schweren Gleitlagerbuchsen zweckmäßig, oder auch wenn eine hohe Schichtdicke gewünscht wird. Üblicherweise beträgt das Volumenverhältnis Hartstoffkörper zu Gleitlagerbuchsen im erfindungsgemäßen Verfahren etwa 0,3 bis etwa 3, insbesondere 1.
Das erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise in einer in einer mit dem Gemisch gefüllten rotierenden Trommel durchgeführt, in der das Gemisch umgewälzt wird. Um die Umwälzung des Gemischs in der Trommel zu verbessern, weist die Trommel vorzugsweise innenseitig Ecken auf. Eine weitere Verbesserung des Umwälzvorganges kann dadurch erzielt werden, dass die Trommel einen Boden aufweist und der Querschnitt der Trommel zum Boden hin abnimmt. Die Trommel sollte ferner gegenüber den verwendeten Substanzen resistent sein.
Vorzugsweise wird daher eine Trommel aus rostfreiem Stahl eingesetzt, die zusätzlich noch mit säure- bzw. abriebresistentem Kunststoff oder Gummi beschichtet sein kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Gemisch neben Korrosionsschutzmittel und Gleitlagerbuchsen noch eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Vor allem, wenn ein Metallpulver, z. B. Zinkstaub, als Korrosionsschutzmittel eingesetzt wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dem Gemisch Wasser beizumengen und die wässrige Phase des Gemischs auf einen pH-Wert von 0 bis 7, insbesondere von 1 bis 3 einzustellen.
Die Einstellung des pH Wertes kann durch Zugabe einer Säure erfolgen. In einem sauren Medium wird die Oberfläche des Metallmantels der Gleitlagerbuchsen angeätzt und somit aktiviert. Je höher der pH-Wert ist, desto langsamer verläuft generell der Beschichtungsprozess. Der pH-Wert sollte daher 0 bis 7, vorzugsweise 1 bis 3 und noch bevorzugter 1,7 bis 2,5 betragen. Die Einstellung des pH-Wertes erfolgt durch Zugabe einer Säure. Vorzugsweise handelt es sich bei der Säure um eine nichtoxidierende Säure.
Das Volumenverhältnis von Hartstoffkörpern und Gleitlagerbuchsen zu Flüssigkeit beträgt vorzugsweise etwa 2 : 1. Dabei ist es vorteilhaft, den Flüssigkeitsstand so einzustellen, dass er sich während des Rotierens der Trommel knapp oberhalb der festen Bestandteile des Gemischs befindet.
Neben den genannten Komponenten können dem Gemisch noch übliche Additive wie Aktivatoren, Promotoren, Entschäumungsmittel und Metallsalze, insbesondere Kupfersalze, zugegeben werden. Die Zugabe derartiger Additive ist allgemein üblich und dem Fachmann aus der Literatur zum mechanischen Verzinken allgemein bekannt.
Gute Ergebnisse erzielt man ferner, wenn die Temperatur des Gemischs bei 5 bis 40°C, insbesondere bei 21 bis 26°C, liegt. Arbeitet man bei höheren Temperaturen, erreicht man einen schnellen Beschichtungsvorgang, der allerdings zu der Ausbildung einer eher grobkörnigen Oberfläche führt. Bei niedrigen Temperaturen findet die Beschichtung dagegen langsamer statt, wobei jedoch eine ebenmäßigere Oberfläche ausgebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließen sich an den Beschichtungsprozess noch weitere Oberflächenbehandlungsschritte an. So können die Gleitlagerbuchsen nach dem mechanischen Plattieren beispielsweise noch in üblicher Weise chromatiert und/oder versiegelt werden. Als Chromatierung kommt insbesondere eine Gelbchromatierung (Cr-VI) oder Blauchromatierung (Cr-III) in Frage. Als Versiegelung kommt insbesondere eine Versiegelung mit einem Silikat-Sealer in Betracht.
Nachfolgend wird ein möglicher Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft beschrieben.
Die zu beschichtenden Gleitlagerbuchsen werden – gegebenenfalls nach einer Vorreinigung – im Gemisch mit Hartstoffkörpern (z. B. Glaskugeln) und Wasser in eine Trommel gefüllt.
Dem Gemisch kann zusätzlich noch ein Aktivator wie Glycolether, insbesondere Nonylphenolglycolether, zugegeben werden. Vorzugsweise werden die Aktivatoren dem Gemisch in saurer Lösung, insbesondere in verdünnter Schwefelsäure, zugegeben.
Alle Komponenten werden durch kurzes Rotieren der Trommel (etwa 2 min) miteinander vermischt.
Um eine Grundierung für die Beschichtung zu erhalten, kann dem Gemisch als nächster Verfahrensschritt ein Metallsalz, insbesondere ein Kupfersalz wie Kupfersulfat zugegeben werden. Darüber hinaus können dem Gemisch auch noch Promotoren wie Zinnsalze, insbesondere Zinnsulfat, als Reaktionsbeschleuniger zugegeben werden. Vorzugsweise werden die Promotoren dem Gemisch in saurer Lösung, insbesondere in einem Gemisch aus verdünnter Schwefel- und Salzsäure zugegeben. Die Promotorlösung kann ferner noch Tenside und/oder organische Salze als Additive enthalten. Ferner können dem Reaktionsgemisch noch übliche Entschäumungsmittel wie zugegeben werden. Diese Komponenten werden ebenfalls durch kurzes Rotieren der Trommel (4 bis 8 min) mit den anderen Bestandteilen vermengt.
Um eine Basis für die Beschichtung zu schaffen, kann nun eine geringe Menge an Korrosionsschutzmittel als Flash zugefügt werden, wobei so lange rotiert wird, bis die Gleitlagerbuchsen einen silbrigen Schimmer aufweisen.
Um gleichmäßige Schichtdicken zu erhalten, wird das Korrosionsschutzmittel vorzugsweise portionsweise in mehreren Schritten, insbesondere in 2 bis 5 Schritten, vorzugsweise 3 bis 5 Schritten, noch bevorzugter in 3 Schritten, zugegeben. Die Zugabe erfolgt vorzugsweise jeweils mit einem Zeitabstand von 5 bis 60 Minuten, insbesondere 10 bis 20 Minuten, besonders bevorzugterweise etwa 15 Minuten. Nach vollständiger Zugabe des Korrosionsschutzmittels wird der pH-Wert mit Hilfe des Aktivators und/oder durch Säurezugabe auf einen Wert zwischen 1,6 und 2,0 eingestellt. Dieser Wert wird vorzugsweise bis zum Ende des Beschichtungsprozesses konstant gehalten.
Wenn die Gleitlagerbuchsen die erwünschte Schichtdicke erreicht haben, werden sie gewaschen und von den übrigen Komponenten des Gemischs getrennt. Die Abtrennung kann beispielsweise durch Abtrennung über Siebe oder auch mittels Magneten erfolgen.
Gegenstand der Anmeldung ist ferner eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Gleitlagerbuchse.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Vergleichsbeispiel 1:
Aus einem 1,0 mm Metall/Kunststofflaminat vom Typ Norglide^® PRO XL der Saint-Gobain Performance Plastics Pampus GmbH, Willich (DE) mit folgenden Schichtaufbau

1. Metallmantel: Kaltband DC4, beidseitig Cu/Bz plattiert, Bz-seitig strukturiert,
2. Heißschmelzklebefilm (PFA-Film)
3. Kunststoff-Gleitschicht: Fluorpolymer-Compoundfolie (PTFE und organische Füllstoffe)

a) Flanschdurchmesser:	13 mm
b) Innendurchmesser:	7 mm
c) Wanddicke:	0,98 mm
d) Länge:	7 mm

Zur Erlangung eines Korrosionsschutzes zur Verwendung als PKW-Türscharnierlager wurden 6.000 Stück der zuvor beschriebenen Buchsen in üblicher Weise galvanisch verzinkt und anschließend zum Schutz gegen Weißrost gelbchromatiert (Cr-VI).
Bei 36% der so hergestellten galvanisch verzinkten und zum Schutz gegen Weißrost gelbchromatierten Buchsen wurden leichte Zinkabscheidungen auf der Laufschicht des Flansches beobachtet. Diese Abscheidungen sind dadurch bedingt, dass bei der Flanschformung in der Polymerlaufschicht Mikrorisse entstehen über welche der Elektrolyt bis auf die Bronzegewebeverstärkung eindringen kann und somit die elektrolytische Abscheidung von Zink ermöglicht. Durch die auf der PTFE-Laufschicht abgelagerten Zinkpartikel werden die Einlaufeigenschaften und die Lebensdauer der Gleitlagerbuchsen negativbeeinflusst.
Ferner wurden bei 23% der Buchsen deutliche Folienablösungen im Flanschbereich festgestellt. Es wurden ferner bei allen Buchsen von den Schnittkanten ausgehende Unterwanderungen der Folie bis zu 3 mm Tiefe beobachtet. Im Flanschbereich und an den unterwanderten Schnittkanten ließ sich die Polymerfolie relativ leicht mit Hilfe eines Entgradmessers ablösen. Unterhalb der abgelösten Folie zeigte sich eine deutliche Korrosion der Metalloberfläche durch den Angriff des über die dünne Polymerschicht eindiffundierten Elektrolyten.
Im Salzsprühtest nach DIN 50021 wurden statt der geforderten 120 Stunden nur 72 Stunden Standzeit bis zum Beginn von Rotrost erreicht. Die Unterwanderung und Folienablösung wurde im Salzsprühtest deutlich verstärkt.
Beispiel 1:
Zur Erlangung eines Korrosionsschutzes zur Verwendung als PKW Türscharnierlager wurden etwa 6.000 Stück Buchsen vom gleichen Typ wie in Vergleichsbeispiel 1 (ca. 50 1 Schüttvolumen) mechanisch verzinkt.
Hierzu wurden die Buchsen zunächst mit einem mild alkalischen Reiniger gereinigt und entfettet und anschließend in eine konisch ausgeführte achteckige Beschichtungstrommel gefüllt. Nach dem Befüllen mit einer etwa gleichen Menge, bezogen auf das Volumen, Glaskugeln (Durchmesserspektrum 0,4–1,2 mm) und einer gleichen Menge, bezogen auf das Volumen, Leitungswasser wurde die Beschichtungstrommel mit 30 U/min in Rotation versetzt. Anschließend wurden zur Einleitung des Beschichtungsvorgangs 1 l einer 1%igen Lösung von Nonylphenolpolyglykolether in verdünnter Schwefelsäure (Aktivator B der Firma Tolkmit Industries, Balve, DE), 50 g einer 5%igen Zinnsulfatlösung in einem Gemisch aus verdünnter Schwefel- und Salzsäure (Promotor 2001 der Firma Tolkmit Industries, Balve, DE), 50 g Zinkpulver als Zink-Flash mit einer mittleren Teilchengröße von < 30 μm hinzugefügt und 10 min rotiert. In einem Zeitabstand von 10 min wurde 4 Mal jeweils 150 g Zinkpulver hinzugefügt und für weitere 30 min rotiert. Der pH-Wert der wässrigen Phase betrug hierbei 1 bis 2, was in regelmäßigen Abständen überprüft wurde. Nach dem Beschichtungsvorgang wurden die Lager aus der Trommel genommen, mit Wasser gespült und getrocknet.
Die so hergestellten Buchsen wiesen eine gleichmäßige Zinkschicht mit einer Dicke im Bereich von 12 bis 18 μm auf. Die Buchsen wiesen weder Zinkablagerungen auf der Gleitschicht, noch Folienablösungen oder Unterwanderungen der Polymerschicht auf. Im Salzsprühtest nach DIN 50021 wurde von allen Prüfbuchsen eine Beständigkeit gegen Rotrost größer 130 h erreicht. Die Buchsen zeichneten sich gegenüber den nach Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Buchsen durch verbesserte Einlaufeigenschaften aus.
Vergleichsbeispiel 2:
Aus einem 0,5 mm Metall/Kunststofflaminat vom Typ Norglide^® T 0,5 der Saint-Gobain Performance Plastics Pampus GmbH, Willich (DE) mit folgendem Aufbau:

1. Metallmantel: Kaltband DC4, beidseitig galvanisch verzinkt und gelbchromatiert
2. Heißschmelzklebefilm (EFTE-Film)
3. Kunststoff-Gleitschicht: Fluorpolymer-Compoundfolie (PTFE + Kohle/Graphit)

a) Flanschdurchmesser:	17 mm
b) Innendurchmesser:	11 mm
c) Wanddicke:	0,48 mm
d) Länge:	7 mm.

Zur Erlangung eines Korrosionsschutzes zur Verwendung als PKW-Motorhaubenscharnierlager wurden 30.000 Stück der zuvor beschriebenen Buchsen in üblicher Weise galvanisch verzinkt und anschließend zum Schutz gegen Weißrost gelbchromatiert [Cr(VI)].
Bei ca. 3% der so hergestellten Buchsen wurden starke Deformationen sowohl im Flanschbereich wie auch im zylindrischen Teil der Buchsen festgestellt. Als Ursache für diese Deformationen wurde eine mechanische Verformung durch die relativ schweren Elektroden in der Galvanisiertrommel identifiziert. Es wurden weiter 11 Buchsen mit Beschädigungen durch Lichtbogenüberschläge aussortiert. Durch die oben beschriebenen Defekte war eine 100%ige Kontrolle der Buchsen erforderlich. Im Salzsprühtest wurde eine Beständigkeit gegen beginnenden Rotrost von 132 h ermittelt.
Beispiel 2:
Zur Erlangung eines Korrosionsschutzes zur Verwendung als PKW-Motorhaubenscharnierlager wurden etwa 6.000 Stück Buchsen vom gleichen Typ wie in Vergleichsbeispiel 2 zunächst wie im Beispiel 1 beschrieben mechanisch verzinkt, wobei insgesamt 300 g Zink verwendet und eine Zinkschicht der Dicke 15 μm gebildet wurde. Anschließend wurde zur Passivierung blauchromatiert [Cr(III)] sowie mit einem Sealer vom Typ Finigard 105 der Firma Coventya in Gütersloh/DE beschichtet.
Nach visueller Begutachtung der so hergestellten mechanisch verzinkten, blaupassivierten und versiegelten Buchsen konnten keine Defekte festgestellt werden. Im Salzsprühtest wurde eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Rotrost von über 300 h erreicht. Die Buchsen zeichneten sich gegenüber den nach Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Buchsen durch verbesserte Einlaufeigenschaften aus.
Vergleichsbeispiel 3:
Aus einem 0,75 mm Metall/Kunststofflaminat vom Typ Norglide^® T 0,75 der Saint-Gobain Performance Plastics Pampus GmbH, Willich (DE) mit folgendem Schichtaufbau

1. Metallmantel: Kaltband DC4, beidseitig galvanisch verzinkt und gelbchromatiert
2. Heißschmelzklebefilm (EFTE-Film)
3. Kunststoff-Gleitschicht: Bronzegewebe verstärkte Gleitschicht (E-PTFE + Glasfaser/ Graphit)

a) Flanschdurchmesser:	20 mm
b) Innendurchmesser:	13 mm
c) Wanddicke:	0,78 mm
d) Länge:	5 mm

Zur Erlangung eines Korrosionsschutzes zur Verwendung als PKW-Mehrgelenkscharnierlager wurden 32.000 Stück der zuvor beschriebenen Buchsen in üblicher Weise galvanisch verzinkt.
Anschließend wurde zum Schutz gegen Weißrost gelbchromatiert (Cr-VI).
Bei 36% der so hergestellten Buchsen wurden leichte Zinkabscheidungen auf der Laufschicht des Flansches beobachtet. Diese Abscheidungen sind dadurch bedingt, dass bei der Flanschformung in der Polymerlaufschicht Mikrorisse entstehen über welche der Elektrolyt bis auf die Bronzegewebeverstärkung eindringen kann und somit die elektrolytische Abscheidung von Zink ermöglicht. Die auf der PTFE-Laufschicht abgelagerten Zinkpartikel führen beim Betrieb der Gleitlagerbuchsen zu einem erhöhten Abrieb in der Einlaufphase und zu einer Verkürzung der Lebensdauer. Die Buchsen wiesen im Salzsprühtest eine Beständigkeit gegen Rotrost von größer 120 h auf.
Beispiel 3:
Zur Erlangung eines Korrosionsschutzes zur Verwendung als PKW-Mehrgelenkscharnierlager wurden etwa 6.000 Stück Buchsen vom gleichen Typ wie in Vergleichsbeispiel 3 zunächst wie im Beispiel 1 beschrieben mechanisch verzinkt, wobei insgesamt 300 g Zink verwendet und eine Zinkschicht der Dicke 15 μm gebildet wurde. Anschließend wurden die Buchsen mit einem Silikat-Sealer durch Tauchen, Schleudern und Trocknen beschichtet.
Nach visueller Begutachtung der so hergestellten Buchsen konnten weder Zinkablagerungen noch andere Unregelmäßigkeiten festgestellt werden. Im Salzsprühtest wurde eine gute Beständigkeit gegen Rotrost von über 140h erreicht. Es wurde durch tribologische Untersuchungen festgestellt, dass die zuvor beschriebene Korrosions-Schutzbehandlung das Reibungs- und Abriebverhalten der Gleitlager nicht negativ beeinflußt.
Die vorstehend beschriebenen Beispiele zeigen, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mechanisch verzinkten Lagerbuchsen folgende Vorteile gegenüber ebensolchen galvanisch verzinkten Lagerbuchsen besitzen:
Die Haftung der Kunststoff-Gleitschicht an dem Metallmantel wird durch das mechanische Verzinken nicht beeinträchtigt. Aus diesem Grund finden weder Ablösungen noch Unterwanderungen der Gleitschicht statt, so dass keine Bereiche mit erhöhter Korrosionssuszeptibilität entstehen. Ferner werden mechanische Deformationen und feldkonzentrationsbedingte Beschädigungen der Buchsen durch Lichtbogenüberschläge vermieden. Weiterhin wird die Gleitfähigkeit der Gleitschicht nicht durch Ablagerungen an Korrosionsschutzmittel beeinträchtigt, was zu einer Verbesserung der Einlaufeigenschaften und zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Gleitlagerbuchsen führt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse umfassend einen außen mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Metallmantel als Träger und eine Gleitschicht aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kunststoff-Gleitschicht mit dem Metallmantel innig verbunden ist und ein Verbundmaterial bildet, – Streifenzuschnitte davon gerollt und geflanscht werden, – die Buchsen zunächst mit einem mild alkalischen Reiniger gereinigt und entfettet werden und – das Auftragen des Korrosionsschutzmittels durch Umwälzender Gleitlagerbuchse in einem Gemisch, enthaltend pulverförmiges Korrosionsschutzmittel und Hartstoffkörper erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrosionsschutzmittel beim Auftragen in die Oberfläche des Metallmantels eingedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwälzen in einer mit dem Gemisch gefüllten rotierenden Trommel erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel innenseitig Ecken aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel einen Boden aufweist und der Querschnitt der Trommel zum Boden hin abnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffkörper kugelförmige Hartstoffkörper eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen Hartstoffkörper einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 10 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffkörper Glaskugeln eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrosionsschutzmittel Metallpulver eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 μm bis 1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrosionsschutzmittel Zinkstaub eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch Wasser enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch eine wässrige Suspension ist, deren wässrige Phase einen pH-Wert von 0 bis 7 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch mindestens ein Additiv gewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivatoren, Promotoren, Entschäumungsmitteln und Metallsalzen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis Hartstoffkörper zu Gleitlagerbuchsen etwa 0,3 bis etwa 3 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis Hartstoffkörper/Gleitlagerbuchsen/Wasser etwa 1/1/1 beträgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Auftragen bei 5 bis 40°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrosionsschutzmittel portionsweise in mehreren Schritten mit einem Zeitabstand von 5 min bis 1 h zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse nach dem Aufbringen der Korrosionsschutzschicht einer Oberflächenbehandlung, unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallmantel ein Mantel aus Stahl, Edelstahl, Aluminium, Bronze, Messing, Titan und/oder Kupfer oder einer Legierung davon ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Gleitschicht ein Fluorpolymer und/oder einen organischen oder anorganischen Füllstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Glasfasern, Kohle, Graphit oder ein aromatisches Polyester enthält.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Kunststoff auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) Perfluoralkoxyalkenen (PFA, MFA) und/oder Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen (FEP) ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Gleitschicht eine metallische Komponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente ein Verstärkungsmaterial mit offener Struktur, ein Gewebe ein Streckmetall, ein Vlies, ein Metallschaum, eine Lochblende, eine poröse Metallschicht und/oder ein oberflächenstrukturiertes Metallblech mit oberflächenseitig angeordneten Ausnehmungen ist.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente aus Bronze, Kupfer, Chrom, Nickel, Zink, einer Zink-Eisen-Legierung, einer Zink-Nickel-Legierung und/oder Aluminium oder einer Legierung davon, Zinnbronze oder einem Stahlgewebe besteht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Gleitschicht mit dem Metallmantel über einen Heizschmelzklebefilm verbunden ist.