METHOD FOR PRODUCING A MULTI-LAYER SLIDE BEARING MATERIAL NEEDING LITTLE MAINTENANCE

Abstract: 1. Process for producing a maintenance-free multilayer sliding bearing material, consisting of a combination of a metal backing made of steel, bronze or a high-strength aluminium alloy, provided with a rough primer layer (2), preferably a 0.1 to 0.35 mm thick, porous sinter-bonded bronze layer, iron layer, or aluminium alloy layer, and a bearing layer (3) consisting of a matrix (4) of polytetrafluoroethylene (PTFE), with which material the valleys of the rough primer layer are also filled and which may also optionally contain friction-reducing and wear-inhibiting additives of lead, molybdenum disulphide, graphite, carbon fibres, glass fibres, ceramic fibers, glass spheres, hollow ceramic spheres, barium sulphate, zinc sulphide, lead borosilicate, individually or in combination in a quantity of 5 to 40 % weight, characterized in that the PTFE, which has a grain size of =< 35 mu m, is moulded with an admixed extrusion assisting agent into a preform, said preform is extruded into a strip 1.5 to 5.0 mm thick, the strip is formed into a sheet 0.5 to 3.0 mm thick by conditioning calendering, the sheet, which is heated to 70 to 90 degrees C, is rolled on to the rough primer layer of the metal backing, which has been heated to 130 to 180 degrees C with a decrease in thickness to 0.1 to 1.0 mm, and subsequently the PTFE is sintered by continuous heating to approximately 400 degrees C and maintaining at this temperature for a short time.

Description: Wartungsfreier Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff Die Erfindung betrifft einen wartungsfreien Mehrschicht Gleitlagerwerkstoff, bestehend aus der Kombination eines mit einer Rauhgrundschicht, vorzugsweise einer 0,1 bis 0,35 mm dicken, porös aufgesinterten Bronzeschicht, Eisenschicht oder Schicht einer Aluminiumlegierung, versehenen Metallträgers aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung und einer Gleitschicht aus einer Matrix aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), mit deren Werkstoff auch die Rauhgrundtiefen ausgefüllt sind, und die gegebenenfalls noch die Reibung verbessernde und den Verschleiss hemmende Zusätze von Blei, Molybdändisulfid, Graphit, Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern, Glaskugeln, Keramik-Hohlkugeln, Bariumsulfat, Zinksulfid, Bleiborosilikat einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-% enthält. Wegen seiner im Vergleich zu metallischen Werkstoffen geringen Festigkeit, seiner hohen Wärmeausdehnung und seiner schlechten Wärmeleitung ist die Verwendung von PTFE als Massivlager begrenzt. Dem wird dadurch begegnet, dass PTFE im Gemisch mit einem bis zu 20 Vol.-%igem Bleizusatz in eine auf einem Stahlträger porös aufgesinterte Bronzeschicht von 0,2 bis 0,6 mm Dicke, in der Weise aufgebracht ist, dass über den Spitzen der Bronzeschicht eine Gleitschicht des PTFE-Bleigemisches von max. 0,035 mm vorhanden ist. Die porös aufgesinterte Bronzeschicht bildet einen sehr guten Haftgrund für des PTFE auf dem Metallträger. Die Verbindung mit dem Metallträger garantiert, dass aus dem Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff gefertigte Gleitlager hinsichtlich Presssitz, elastischer Eigenschaften und Wärmeausdehnung den metallischen Gleitlagerwerkstoffen sehr ähnlich sind und daher dünnwandig gut einsetzbar sind. Gegenüber Massivgleitlagerwerkstoffen haben Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoffe den Vorteil erhöhter Wärmeleitfähigkeit und erhöhter Festigkeit. Auch sind die daraus gefertigten Gleitlager im allgemeinen sehr hoch, 2 bis ca. 250 N/mm2, allerdings bei ausserordentlich nie- drigen Gleitgeschwindigkeiten, belastbar. Eine Gleitgeschwindigkeit von 1 m/s ist hier schon als gross anzusehen. Als echte Grenze darf man bei Trockenlauf 2 m/s ansetzen. Bei solchen Gleitgeschwindigkeiten ist natürlich keine nennenswerte Belastung mehr möglich. Derartige Gleitlagerwerkstoffe sind auf Grund der genannten Vorzüge weit verbreitet. Wegen der grossen Wärmeausdehnung und des Kaltfliessens des PTFE ist die Dicke der Gleitschicht jedoch auf 0,01 bis 0,035 mm begrenzt, so dass eine Nachbearbeitung der Gleitschicht nicht möglich ist und demzufolge Fluchtungsfehler nicht ausgeglichen oder engere Lagerspiele erzielt werden können. Es können deshalb aus diesem Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff nur gerollte Buchsen nach DIN 14 94, Blatt 1, Tabelle 2, Reihe B hergestellt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den wartungsfreien Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff der vorstehend erläuterten Ausbildung dahingehend zu verbessern, dass ein nachträgliches Bearbeiten der Gleitschicht der daraus gefertigten Gleitelemente u.a. bei bereits eingebauter Buchse durch Reiben bzw. Feindrehen, z.B. um Fluchtungsfehler auszugleichen, engere Lagerspiele zu erzielen und/oder die Geräuschentwicklung zu vermindern, möglich ist, ohne dass insbesondere der hohe pV-Wert von 1,8 N/mm2 . m/s im Dauerbetrieb, von 3,6 N/mm2 . mls kurzzeitig, die zulässige statische spezifische Belastung 2 von 250 N/mm2, die zulässige Gleitgeschwindigkeit von 2 m/s, die guten Gleiteigenschaften, die niedrige Reibungszahl sowie die gute Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die durch Aufwalzen einer 0,5 bis 3 mm dicken PTFE-Folie auf dem Rauhgrund erzeugte und gesinterte Gleitschicht eine Dicke von 0,1 bis 1 mm aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Gleitschicht 0,15 bis 0,25 mm. Auf diese Weise ist es möglich, vorhandene Fluchtungsfehler der Gehäusebohrung durch spanende Nachbearbeitung der Gleitfläche der Lagerbuchse auszugleichen. Ausserdem lassen sich dadurch vergleichsweise deutlich engere Lagerspiele einstellen, als diese in DIN 14 94, Blatt 1, Seite 3 angegeben sind. Aus der GB-PS 970 982 ist zwar ein Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff bekannt, bei dem auf einer metallischen Trägerschicht eine Bronzeschicht porös aufgesintert ist, wobei auf der Bronzeschicht eine Schicht mit einer Schichtdicke von bis zu 3,175 mm aus einem Thermoplast mit hohem Molekulargewicht angeordnet ist. Abgesehen davon, dass in dieser Druckschrift kein Hinweis auf das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem enthalten ist, ist PTFE nicht als Matrix-Werkstoff für die Gleitschicht, sondern nur als Zusatzwerkstoff vorgesehen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäss verbesserten Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoffs besteht die Gleitschicht aus 20 Gew.-% Glas fasern (Länge zu0,15 mm, Durchmesser 0,02 mm), 20 Gew.-% Zinksulfid, Rest PTFE. Die Glasfasern können durch Kohlefasern ganz oder teilweise ersetzt sein. Von Vorzug ist ferner, dass die PTFE-Folie ohne porös aufgesinterte Zwischenschicht unmittelbar auf den Metallträger aufgewalzt sein kann, wenn dieser mechanisch oder chemisch aufgerauht ist. Bei dem Verfahren zur Herstellung des Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoffs wird das pulverförmige, eine Korngrösse von z 50 /um besitzende PTFE, gegebenenfalls mit die Reibung verbessernden und/oder den Verschleiss hemmenden Zusätzen, unter Zumischung eines Extrusionshilfsmittels zu einem Vorformling gepresst und dann zu einem 1,5 bis 5,0 mm dicken Band extrudiert. Dieses Band wird durch konditionierendes Kalandrieren zu einer Folie von 0,5 bis 3 mm Dicke und bis 300 mm Breite geformt, die Folie unter Erwärmung auf eine Temperatur von 70 bis 900C auf die Rauhgrundschicht des auf 130 bis 1800C erwärmten Metallträgers aufgewalzt und anschliessend durch kontinuierliche Erwärmung auf ca. 4000C und kurzzeitigem Halten bei dieser Temperatur gesintert. In an sich bekannter Weise erfolgt anschliessend in zwei hintereinander angeordneten Walzstufen das Kalibrieren der Gleitschicht auf die gewünschte Endmassdicke. Im folgenden wird eine bevorzugte Ausfü#rungsform für die Herstellung des erfindungsgemässen Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoffs näher und beispielhaft erläutert. Es wurde PTFE-Pulver mit 20 Gew.-% Glasfasern und 20 Gew.-% Zinksulfid intensiv unter Hinzufügen eines Extrusionshilfsmittels, wie Toluol, vermischt, daraus ein Vorformling gepresst und dieser einer Extruder-Anlage aufgegeben. Das extrudierte Band wurde dann in einem Kalander zu einer Folie von 2,5 mm Dicke und 250 mm Breite geformt und die Folie anschliessend auf eine auf einem auf 1500C erhitzten Stahlträger angeordnete, porös aufgesinterte Zinn-Blei-Bronze-Schicht von 0,3 mm Dicke aufgewalzt, wobei die Walzen eine Temperatur von 1000C aufwiesen. Anschliessend wurde der so vorbehandelte Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff kontinuierlich auf 4000C erhitzt und bei dieser Temperatur ca. 3 Minuten gehalten, so dass das PTFE aussinterte. In der Zeichnung ist ein Schnitt durch den erfindungsgemäss aufgebauten Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff dargestellt. Auf einem aus Stahl bestehenden Metallträger 1 befindet sich eine aus Zinn-Blei-Bronze porös aufgesinterte Rauhgrundschicht 2, deren offenes Porenvolumen 35 % beträgt. Auf der Rauhgrundschicht 2 ist die Gleitschicht 3 angebracht, die aus der PTFE-Matrix 4 und darin enthaltenen Glasfasern 5 und Zinksulfidteilchen 6 besteht. Die Dicke der Gleitschicht 3 beträgt 0,35 mm. Die Poren der Rauhgrundschicht 2 sind mit dem die Gleitschicht bildenden Werkstoff vollständig ausgefüllt.

Claims: Patentansprüche 1. Wartungsfreier Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff, bestehend aus der Kombination eines mit einer Rauh grundschicht, vorzugsweise einer 0,1 bis 0,35 mm dicken, porös aufgesinterten Bronzeschicht, Eisen schicht oder Schicht einer Aluminiumlegierung, ver sehenen Metallträgers aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung und einer Gleitschicht aus einer Matrix aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), mit deren Werkstoff auch die Rauhgrundtiefen ausgefüllt sind und die gegebenenfalls noch die Reibung verbes sernde und den Verschleiss hemmende Zusätze von Blei, Molybdändisulfid, Graphit, Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern, Glaskugeln, Keramik-Hohlkugeln, Bariumsulfat, Zinksulfid, Bleiborosilikat, einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-% enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Aufwalzen einer 0,5 bis 3 mm dicken PTFE-Folie erzeugte und gesinterte Gleitschicht (3) eine Dicke von 0,1 bis 1 mm besitzt. 2. Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Gleitschicht (3) 0,15 bis 0,25 mm beträgt. 3. Mehrschicht-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (3) aus 20 Gew.-% Glasfasern, 20 Gew.-% Zinksulfid, Rest PTFE, besteht. 4. Verfahren zur Herstellung des Mehrschicht-Gleitlager werkstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Korngrösse von S 35 /um aufweisende PTFE unter Zumischung eines Extrusionshilfsmittels zu einem Vorformling gepresst, dieser zu einem Band von 1,5 bis 5,0 mm Dicke extrudiert, das Band durch konditionierendes Kalandrieren zu einr Folie von 0,5 bis 3,0 mm Dicke geformt, die auf 70 bis 900C erwärmte Folie auf die Rauhgrundschicht des auf 130 bis 1800C erwärmten Metallträgers aufgewalzt und anschlie ssend das PTFE durch kontinuierliche Erwärmung auf ca. 4000C und kurzzeitiges Halten bei dieser Temperatur gesintert wird.

Inventors: BICKLE, WOLFGANG, BRAUS, JURGEN, Braus, Jürgen
Applicants: KOLBENSCHMIDT AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: F16C33
IPC codes: F16C33