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DE2000632A1 - Lagermaterial und daraus hergestellte Lagerschalen und Lager - Google Patents

Lagermaterial und daraus hergestellte Lagerschalen und Lager

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DE2000632A1
DE2000632A1 DE19702000632 DE2000632A DE2000632A1 DE 2000632 A1 DE2000632 A1 DE 2000632A1 DE 19702000632 DE19702000632 DE 19702000632 DE 2000632 A DE2000632 A DE 2000632A DE 2000632 A1 DE2000632 A1 DE 2000632A1
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Clevite Corp
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Description

PATENTANWALT DIPL-ING.
HELMUT GÖRTZ
6 Frankfurt am Main 70 Schneckenhofstr. 27 - Tel. 01 70 79
5. Januar 197o Gzy/ko
Clevite Corporation, Cleveland, Ohio, U. S. A. Lagermaterial und daraus hergestellte Lagerschalen und Lager
.
Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial aus einem Kunststoff und daraus hergestellte Lagerschalen und Lager.
Es ist bekannt, Polytetrafluorathylen als Lagermaterial zu verwenden. Hierbei hat es sich gezeigt, daß dieser Stoff einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen sehr geringen Kriechwiderstand hat. Polytetrafluorathylen kann als Lagermaterial auch nur dann verwendet werden, wenn die Oberflächengeschwindigkeit nicht wesentlich über 3o m/Min, hinausgeht.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden ist schon vorgeschlagen worden, eine poröse Metallmatrix mit Polytetrafluorathylen " und einem Lagermetall zu tränken oder zu imprägnieren. In der Praxis hatte sich gezeigt, daß das Imprägnieren der Metallmatrix mit dem Lagermaterial schwierig ist und viel Zeit beansprucht. Schwierigkeiten entstehen auch durch die Berührung der Metallmatrix und der Welle, wobei die Lagerfläche angefressen wird und höhere Temperaturen entstehen, welche das Polytetrafluorathylen nachteilig beeinflussen.
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Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial, das gekennzeichnet ist durch eine im wesentlichen aus Polyimid bestehende Matrix mit makroskopischen Vertiefungen in der Oberfläche, die vollständig mit einem Gemisch aus Polytetrafluoräthylen und einem fein verteilten Lagermetall gefüllt sind. Dieses Lagermaterial hat die Festigkeit einer zusammenhängenden Matrix. Das Polyimid hat eine natürliche Schmierfähigkeit und Tragfähigkeit, die vergleichsweise größer sind als die einer üblichen metallischen Matrix, wenn, die Temperaturen nicht zu hoch sind. Versuche nach der Vorschrift D-648 ASTM haben gezeigt, daß auch solche Kunststoffe, die bei einer Belastung von etwa 19 kg/cm eine verhältnismäßig hohe Verformungstemperatur haben, v/ie Phenylen-Oxid und Polysulfon, eine Lebensdauer von weniger als einer Stunde haben. Bekannte Kunststoffe wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen und Polyamide sind ebenfalls ungeeignet, da ihre strukturelle Festigkeit nicht genügt, um eine hohe Last zu tragen. Hierzu wird auch verwiesen auf "Machine Design - Reference Issue Plastics" vom 16. Juni 1966, Band 38, Verlag Penton Publishing.
Die makroskopischen Höhlungen, Durchlöcherungen oder Vertiefungen können mit geringen Kosten mit einer Aufschlemmung gefüllt werden. Es ist nicht notwendig, das Imprägnieren oder Infiltrieren im Vacuum vorzunehemB9, wie es nach dem Stande der Technik erforderlich war.
Es wurde ferner gefunden, das Polyimid hervorragende Gleiteigen-
schäften hat und in maychen Beziehungen Stahl ähnelt, der geschmiert ist. Das erfindungsgemäße Lagermaterial kann daher auch für Kraftwagen verwendet werden, wo häufig in der Kälte gestartet werden muß, ohne daß ein Ölfilm vorhanden ist.
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Weitere Versuche haben gezeigt, das wesentliche Zusätze anderer Stoffe zu der Matrix aus Polyimid die Verwendbarkeit erheblich beeinträchtigen. So wurde beispielsweise gefunden, daß eine Schicht aus Polyimid mit 3o Volum-% eines Telomers von Polytetrafluoräthylen, das gleichmäßig in dem Polyimid dispergiert war, eine strukturell weiche Matrix ergibt, die für hohe Belastungen ganz unbrauchbar ist.
Es wurde ferner gefunden, daß der Zusatz von Blei zu dem Gemisch aus Polytetrafluoräthylen "einen Abtriebwiderstand ergibt, der ausnahmsweise gut ist. Augenscheinlich verringert das Blei den Abtrieb. Das Blei trägt auch dazu bei, auf dem rotierenden Teil, z. B. einer V/elle aus 3tahl, eine Schicht zu bilden.
Die Vertiefungen kennen durch I,"cherun£en oder Höhlungen sein. Statt dessen kann aber auch eine schaumförmige, per"se oder ähnliche Matrix verwendet werden, wenn die maximale Oberfläche den Gemischen nicht mehr als Ao r,J der Oberfläche des Lagermaterials beträgt. Das Gemisch sollte aber mindest»"1 nn 1o bis 1Π '!: der Oberfläche der Matrix bedecken. Bei einem reringeren Überzug kann ein höherer Abtrieb stattfinden, weil nicht gennug des ferten Schmiermittels vcrhanlen ist, ur. einen zusammenhängenden Film zu "bilden.
Die Vertiefungen sollten einen Durchmesser von etwa o,25 bis 6 mm haben. Die obere Grenze erribt sich aus der Anwendung. Peiin Unterschreiten der unteren Grenze von ο,2Γ mm ergibt sich eine zu feir.e Verteilung, welche auch die Matrix aus Polyimid schwächt.
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Zu den porösen schaumähnlichen Strukturen gehören auch solche mit einer Wabenstruktur.
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lagermaterial auf ein/Metallträger.
Fig. 2 zeigt eine Lagerschale mit einem Lagermaterial nach der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein aus solchen Schalen hergestelltes Lager.
Die Fig. 4 bis 1o zeigen Lagermaterial mit verschieden geformten Oberflächen.
Die Fig. 1 zeigt einen üblichen Metallträger 1o und eine Matrix 12 aus Polyamid. Die Matrix 12 ist verhältnismäßig dünn und hat vorzugsweise eine Dicke von o,o5 bis o,2 mm. Die Matrix ist mit dem vorzugsweise aus Stahl bestehenden Träger durch ein Klebemittel aus Kunststoff, wie Acryl-Epoxid, verbunden. Die Hatrix 12 ist gelocht oder hat Vertiefungen. Die zahlreichen Vertiefungen 14 enthalten ein Gemisch 16 aus einem festen Schmiermittel und einem Lagermetall.
In der bevorzugten Ausführungsform besteht das Gemisch 16 aus etwa 5o Gewichts-/o Polytetrafluoräthylen und etwa 5o Gewichts-% Blei. Das Blei kann auch in Form einer Legierung vorhanden
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sein, wobei die Legderungszusätze wie Cadmium, Gallium, Zinn und/oder Indium in Mengen von weniger als 1o % zugegen sein können. Cadmium und Gallium werden vorzugsweise in Mengen von 3 Gewichts-%, Indium in einer Menge von etwa 6 Gewichts-% und Zinn in einer Menge von etwa 6 bis 1o Gewichts-% verwendet. Ebenso können auch Legierungen von Zink verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform cfer Erfindung wird das ■ ä Gemisch 16 aus dem Polytetrafluoräthylen und dem Lagermetall auf die Oberfläche der Matrix aus Polyimid in einer dünnen Schicht aufgebracht, vorzugsweise mit einer Dicke von o,oo5 bis o,o5 mm.
Beispiel 1
Die Matrix 12 aus Polyimid wird mittels einer Walze von 22o° C unter Verwendung eines Klebstoffes aus Acryl-Epoxid auf dem Metallträger 1o befestigt. Dann führt man eine metallische Walze mit Vorsprüngen über den Film, um die Vertiefungen 14 zu erzeugen. Diese können entweder in gleichmäßigen Abständen oder unregelmäßig angeordnet sein. Eine Aufschlemmung aus ^ Polytetrafluoräthylen und Blei in einem flüssigen Bindemittel für Polyimid wird auf die Oberfläche aufgebracht. Die Vertiefungen werden ausgefüllt und eine Schicht des Gemisches von o,oo5 bis o,o5 mm Dicke verbleibt auf der Oberfläche. Dann härtet man 16 Stunden lang bei 95° C, um einen Zusammenhang des Polyimids mit den anderen Stoffen zu gewährleisten.
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Beispiel 2
Das Verfahren des Beispiels 1 ist wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Lagermetall aus einer legierung von 9o Gewichts-$a Blei und 1o Gewichts-^ Zinn besteht.
Beispiel 3
Das Verfahren des Beispiels 1 wird v/iederholt, mit der Ausnahme, daß das Lagermetall aus einer Legierung von 9h Gewichts-?' Blei und 6 % Indium besteht.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine typische Lagerschale 18 und ein typisches Lager 2o, für welche das erfindungsgemäße Lagermaterial verwendet worden ist.
Die Fig. h bis 1o zeigen Lager 22 mit Vertiefungen verschiedener Art,die mit dem Gemisch 16 gefüllt sind.
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Claims (13)

  1. - 7 Patentansprüche
    (1 .J Lagermaterial, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen aus Polyimid bestehende Matrix mit makroskopischen Ver-•tiefungen in der Oberfläche, die vollständig mit einem Gemisch aus Polytetrafluorathylen und einem fein verteilten Lagermetall gefüllt sind. ύ
  2. 2. Lagermaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Matrix mit Zellstruktur.
  3. 3. Lagermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Matrix wenigstens teilweise mit einer dünnen Schicht dee Gemisches überzogen ist.
  4. h. Lagermaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daii 1o bis ho % der Oberfläche der Matrix mit der Schicht des Gemisches überzogen sind.
  5. [3. Lagermaterial nach Anspruch 5 oder 4, dadurch gekennzeich- " net, da:: die Schicht auf der Oberfläche der Matrix eine Dicke von o,oo5 bis o,o5 mm hat.
  6. 6. Lagermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da!? o-?3 Gemisch aus etwa 5o Gewichtsprozent Lagermaterial und etwa 5o Gewichtsprozent Polytetrafluorä thy1en be s t eht.
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  7. 7. Lagermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall im wesentlichen aus Blei, Zinn, Zink, Gallium Cadmium, Indium oder Gemischen oder Legierungen dieser Metalle besteht.
  8. 8. Lagermaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 9o Gewichtsprozent des Lagermetalls aus Blei
    fe und/oder Zink und der Rest aus zulegiertem Zinn, Gallium, Cadmium und/oder Indium besteht.
  9. 9· Lagermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 6 Gewichtsprozent Indium enthält.
  10. 10. Lagermaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 3 Gewichtsprozent Cadmium enthält.
  11. 11. Lagermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 3 Gewichtsprozent Gallium enthält.
  12. 12. Lagermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß W die Legierung etwa 6 bis 1o Gewichtsprozent Zinn enthält.
  13. 13. Lagerschale oder Lager, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gleitschicht ein Lagermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 12 enthalten.
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    Leerseite
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