DE1155301B - Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern, bestehend aus einer Stahlunterlage und einer Schicht eines poroesen Metallgefueges - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern, bestehend aus einer Stahlunterlage und einer Schicht eines porösen Metallgefüges Es ist bekannt, daß Bleibronze, d. h. ein heterogenes, inniges Gemisch von Kupfer mit Blei, für Lagerzwecke gut geeignet ist. Weiterhin ist bekannt, daß solche Gemische nur dann nutzbringend verwendet werden können, wenn sie in nicht allzu dicker Schicht auf einer Trägerunterlage - meistens aus Stahl - zur Anwendung kommen. Diese Werkstoffe aus einer Stahlunterlage mit aufgebrachter Bleibronze werden nach verschiedenen Verfahren hergestellt. Eines dieser Verfahren besteht z. B. im Aufgießen der Blei-Kupfer-Mischung auf das vorerhitzte Stahlband mit einer anschließenden Abkühlung und Bearbeitung auf Maß. Eine andere Herstellungsart ist die des Aufsinterns eines Blei-Kupfer-Pulvergemisches auf den Stahlträger. Bei beiden Arten der Herstellung ist es erforderlich, nach dem Biegen der Schalen eine weitere Bearbeitung auf die Fertigmaße des Lagers vorzunehmen, da es mit Rücksicht auf die geringe Festigkeit der Blei-Kupfer-Legierung nicht möglich ist, diese in genau fertig bearbeitetem Zustand der Biegebeanspruchung zu unterwerfen. Es wird weiterhin gewünscht, daß diese Legierungen möglichst porenfrei und dicht sind, damit durch die beim Benutzen der Lager auftretende einseitige Druck- und Stoßbeanspruchung nicht vorzeitig eine Ermüdung und Zermürbung des Werkstoffes eintritt.
• Eine unangenehme Eigenschaft dieser Lager ist die, daß sie eine verhältnismäßig geringe Temperaturfestigkeit haben, da das an der Struktur mitbeteiligte Blei schon bei niedrigen - zum Teil Zimmertemperaturen - ein plastisches Verhalten zeigt, wodurch irreversible Formänderungen eintreten können.
• Diese Überlegungen gelten sinngemäß auch für Kupfer-Zinn-Blei-Werkstoffe oder ähnliche für Gleitzwecke eingesetzte Legierungen.
• Dieser Mangel ist vermeidbar, wenn die Gleitwerkstoffschicht mit einem oder mehreren Stoffen, die bei hoher Temperatur plastisch sind, aufgefüllt wird, die ihr notwendige mechanische Versteifung geben, ohne daß dabei die günstigen Gleiteigenschaften verringert werden.
• Es ist ein Gleitlager aus mindestens an der Oberfläche porösem Metall, das eine reibungsvermindernde Substanz enthält, bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 962 56l), wobei den Poren des zusammenhängenden Metallgefüges von vorzugsweise feiner Struktur Polytetrafluoräthylen einverleibt ist. Ein solches Gleitlager wird dadurch hergestellt, daß ein Gemisch aus pulverförmigem Polytetrafluoräthylen und einem Metall, wie Silber, das sich bei Temperaturen unter 400° C sintern läßt, oder einer entsprechenden Metallegierung gesintert wird. Dabei kann das Pulvergemisch zunächst kalt gepreßt und dann in einer Atmosphäre eines Schutzgases gesintert werden. Dieser gesinterte Körper wird alsdann, während er noch heiß ist, in die genaue, endgültige Form gepreßt. Nach einer anderen Ausführungsform kann zur Herstellung eines zusammengesetzten, dünnwandigen Lagers mit einer Stahl-, Bronze- oder anderen geeigneten Unterlage ein z. B. aus Stahl bestehender ebener Rohling auf seiner Oberfläche durch Elektroplattierung mit einer Kupferschicht und danach mit einer Silberschicht versehen werden, worauf auf diesen elektroplattierten Rohling eine Schicht des Pulvergemisches aus Polytetrafluoräthylen und Silber aufgebracht und unter Druckanwendung gesintert und gepreßt wird.
• Schließlich sind auch weitere Verfahren zur Herstellung solcher Gleitlager bekannt, die grundsätzlich auf dem Prinzip beruhen, einen porösen Metallkörper herzustellen und diesen mit geeigneten Gleit- oder Reibstoffen zu versehen. Im wesentlichen bedient man sich bei der Herstellung des porösen Trägerkörpers der Sinterung von Metallpulvern. So werden beispielsweise poröse Gleitlager aus Kupferpulver und geringen Mengen von Zinnpulver durch Sintern oberhalb des Schmelzpunktes von Zinn und anschließender Tränkung mit Schmieröl hergestellt.
• Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung von Gleitlagern, die aus -einer Stahlunterlage und einer Schicht eines porösen Metallgefüges aufgebaut und dessen Poren mit einem Kunststoff ausgefüllt sind, in der Weise verfahren, daß die Stahlunterlage mit einer aus Metallpulvern und Zinnoxyd gebildeten, porösen Schicht versehen wird, indem das Gemisch von Metallpulvern und Zinnoxyd entweder in Pulverform oder in einem vorverdichteten Körper mit der Stahlunterlage durch gemeinsame Erhitzung unter Anwesenheit von Wasserstoff auf eine Temperatur oberhalb der Reduktionstemperatur von Zinnoxyd durch Wasserstoff fest verbunden wird, und die Poren der so auf der Unterlage befestigten porösen Schicht bis zur Bildung einer zusammenhängenden Oberfläche mit Polyoxymethylen aufgefüllt werden.
• Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Kupferpulver oder komplexem Kupfer-Blei-Pulver und Zinnoxyd, insbesondere in Form von Metazinnsäure. erwiesen. Hierbei wird unter einem komplexen Pulver eine fertig gemischte Zusammensetzung von mindestens zwei Komponenten in jedem Einzelteilchen verstanden, im Gegensatz zu einem Gemisch, bei dem einzelne Teilchen nur aus der einen und andere Teilchen nur aus einer anderen Komponente bestehen. Im vorliegenden Zusammenhang liegt der Vorteil der Verwendung des komplexen Pulvers darin, daß bei einer etwaigen Beschädigung der Kunststoffoberfläche oder einer Unterbrechung in ihr die dann hervortretenden Metallteilchen aus einem lagergünstigeren Metallgemisch bestehen.
• Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen durchgeführt werden: Ein Gemisch aus Blei-Kupfer-Komplexpulver mit Zinnoxyd, beispielsweise in einer Menge von 5 bis 8%, wird in eine geeignete Form gebracht, gegebenenfalls gepreßt oder gewalzt. Es wird dann auf einen Stahlgrundkörper, gegebenenfalls unter Verwendung einer die Bindung fördernden Zwischenschicht, aufgelegt und einer Temperaturbehandlung unter Schutzgas unterworfen. Dabei entsteht ein Körper aus einer Stahlunterlage und einer darauf befindlichen, fest angebundenen porösen Schicht aus Kupfer-Zinn-Blei, der je nach Behandlungstemperatur, z. B. oberhalb 800° C, eine größere mechanische Festigkeit aufweist. In diesem Zustand ist das Material bereits durch Pressen oder Walzen so weit verformbar, daß eine nennenswerte Änderung der Abmessungen möglich ist. Durch die Legierung zwischen Kupfer und Zinn ist dieser Körper auch bereits fester gegen Schlag-und Druckbeanspruchungen als ein Körper ohne Zugabe von Zinn. Durch Auffüllen seines Restporenvolumens mit dem volumenbeständigen Polyoxymethylen wird dann erreicht, daß er bei Walz-, Preß-oder Biegebehandlungen seine Festigkeit behält, ohne daß das Blei-Kupfer-Gemisch in seiner Struktur zermürbt wird. Auf diese Weise ist es möglich, zu Körpern zu kommen, die auf ein vorgegebenes Maß innerhalb sehr enger Toleranzen ausgewalzt oder gepreßt werden können, so daß sie nach der anschließenden Biegebehandlung zu Lagerschalen keiner weiteren Fertigbearbeitung mehr bedürfen. Verfahren, mit denen ein so genaues Biegen von Streifen zu Lagerschalen durchzuführen ist, daß nach dem Biegen keine weitere Bearbeitung erforderlich ist, sind bekannt.
• Unterschiedlich von dem oben beschriebenen, bekannten Verfahren wird vorteilhaft gemäß der Erfindung als Kunststoff, mit dem der Porenraum des Metallskelettes ausgefüllt wird, Polyoxymethylen verwendet. Dieser Kunststoff ist in seinen Eigenschaften und damit auch in den bei seiner Verwendung als Gleit- oder Reibstoff auftretenden technischen Wirkungen vorteilhaft.
• Bei der Verwendung von Polytetrafluoräthylen (im folgenden kurz »PTFE« genannt) wird zunächst eine Reibung von Metall auf Metall und damit eine Erwärmung erzeugt. Diese Erwärmung bewirkt ein Ausdehnen und damit Hervorquellen des »PTFE« aus den Poren des Skeletts. Das »PTFE« verteilt sich dann zwischen Lager und Welle und verschmiert dort, so daß seine Wirkungsweise vergleichsweise die eines Schmiermittels ist. Bei starker Lokalüberhitzung depolymerisiert das »PTFE« außerdem und repolymerisiert an kalten Stellen, so daß also im eigentlichen Sinne eine Stoffwanderung auftritt. Damit verbunden ist verständlicherweise eine Formunbeständigkeit, die sich darin äußert, daß ein mit »PTFE« versehenes Lager sich ausweitet und allgemein seine geometrische Form nicht beibehält. Die Einhaltung von Toleranzen ist deshalb bei solchen Lagern in einem nur geringen Maß möglich oder mit einer größeren Toleranzbreite als bei anderen Lagern. Die Wirkung des »PTFE« ist also mehr die eines Schmiermittels und nicht die eines Antifriktionswerkstoffes.
• Demgegenüber tritt bei der Verwendung von Polyoxymethylen (im folgenden kurz »POM« genannt) keine Stoffwanderung ein, da das »POM«-Molekül ein sehr fest stabilisiertes Molekül ist, das vollständig abgesättigt ist und bei einer etwaigen Aufspaltung gleich vollständig zerfällt und nicht repolymerisierbar ist. Dementsprechend besitzt es eine wesentlich größere Festigkeit als das »PTFE« und damit größere Form- und Kantenbeständigkeit, die sich darin äußert, daß mit einem solchen Lager wesentlich engere Toleranzen eingehalten werden können. Die Reibung erfolgt auch nicht im Stoff selbst, sondern zwischen »POM« und Stahlwelle. Der Beweis hierfür ist einfach in folgender Weise zu erbringen: Während bei der Gleitung von »POM« auf »POM« der sogenannte »Stick-slip«-Effekt auftritt, fehlt er beim Gleiten von Stahl auf »POM«. Es hat sich erwiesen, daß Lager gemäß der Erfindung keinen »Stick-slip«-Effekt zeigen, so daß also die Gleitung sicher zwischen »POM« und Stahl auftritt. Das »POM« ist demnach also ein eigentliches Antifriktionsmaterial und verhält sich demnach ähnlich wie ein Lagermaterial, während das »PTFE« ein Schmiermittel darstellt. Durch das Austreten von »PTFE« aus den Poren des Metallskeletts verliert das Metallskelett an Festigkeit, wodurch die Formbeständigkeit weiter herabgesetzt wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern, die aus einer Stahlunterlage und einer Schicht eines porösen Metallgefüges, dessen Poren mit einem Kunststoff ausgefüllt sind, aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlunterlage mit einer aus Metallpulvern und Zinnoxyd gebildeten, porösen Schicht versehen wird, indem das Gemisch entweder in Pulverform oder in einem vorverdichteten Körper mit der Stahlunterlage durch gemeinsame Erhitzung unter Anwesenheit von Wasserstoff auf eine Temperatur oberhalb der Reduktionstemperatur von Zinnoxyd durch Wasserstoff fest verbunden wird und die Poren der porösen Schicht bis zur Bildung einer zusammenhängenden Oberfläche mit Polyoxymethylen aufgefüllt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der porösen Zwischenschicht ein Gemisch von Blei-Kupfer-Komplexpulver mit Zinnoxyd verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Metallschichten enthaltenen Dickentoleranzen durch Aufwalzen der Polyoxymethylenschicht im plastischen Zustand ausgeglichen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 962 561; deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 182; britische Patentschrift Nr. 701690; USA.-Patentschrift Nr. 2 691814.