COMPOUND SLIDE BEARING MATERIAL

Abstract: 1. Composite sliding bearing material, in which a matrix formed of polymer is bonded to a roughened metal base in such a way that there is a 0.01 to 2.0 mm thick friction or sliding layer of polymer over the roughened base and the matrix contains 5 to 40 % volume zinc sulphide or barium sulphate having a grain size of 0.1 to 1.0 mu m with an average grain size of 0.3 mu m.

Description: Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Verbund-Gleitlagerwerkstoff, bei dem eine Matrix aus Polymerem so mit einem metallischen Rauhgrund verbunden ist, dass über dem Rauhgrund eine 0,01 bis 2,0 mm dicke Reib- bzw. Gleitschicht aus Polymerem vorhanden ist. Wegen ihrer im Vergleich zu metallischen Gleitlagerwerkstoffen geringeren Festigkeit, ihrer grösseren Wärmeausdehnung und ihrer schlechteren Wärmeleitung, ist die Verwendung von Polymeren zur Herstellung von Vollwand-Gleitlagern begrenzt. Dem wird dadurch begegnet, dass eine Matrix aus Polymerem gf. mit Zusätzen u.a. von Blei, Molybdändisulfid, Graphit, gläsernen oder anderen anorganischen Fasern - einzeln oder zu mehreren - auf einen durch ein Metallgewebe oder Streckmetall gebildeten Rauhgrund aufgewalzt oder aufgepresst und dann gesintert wird (DD-PS 30 963, DE-PS 20 01 101, EP-PS 40 448). Nach der DE-PS 29 28 081 ist das die Matrix bildende fluorhaltige Polymere entweder unmittelbar auf die durch mechanisches oder chemisches Aufrauhen der Oberfläche einer metallischen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Stützschicht oder auf einen durch eine auf die metallische Stützschicht porös aufgesinterte oder aufgespritzte 0,2 bis 0,6 mm dicke Schicht aus gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften aufweisendem metallischem Werkstoff gebildeten Rauhgrund in der Weise aufgewalzt oder aufgepresst, dass über dem Rauhgrund eine aus der Matrix gebildete Reib- bzw. Gleitschicht von 30 bis 500 Fm Dicke vorhanden ist. Durch den Rauhgrund wird eine ausgezeichnete Verbindung der Matrix mit der Stützschicht erzielt. Dadurch ist garantiert, dass die aus dem Verbund-Gleitlagerwerkstoff hergestellten Gleitlagerelemente hinsichtlich Presssitz, elastischer Eigenschaften und Wärmeausdehnung den metallischen Gleitlagerwerkstoffen sehr ähnlich sind und daher auch vergleichsweise dünnwandig eingesetzt werden können. Gegenüber aus Poylmeren gefertigten Vollwand-Gleitlagern haben die Lagerelemente aus Verbund-Gleitlagerwerkstoffen den Vorteil erhöhter Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit. Auch sind die aus dem Verbund-Gleitlagerwerkstoff hergestellten Gleitlagerelemente im allgemeinen sehr hoch belastbar bis ca. 150 Nimm2, allerdings bei ausserordentlich niedrigen Gleitgeschwindigkeiten von max. 1 m/s. Als echte Grenze gilt bei Trockenlauf 2 m/s, bei einer solchen Gleitgeschwindigkeit ist natürlich keine nennenswerte Belastung mehr möglich. Derartige Verbund-Gleitlagerwerkstoffe sind deshalb hauptsächlich für oszillierenden Bewegungen unterworfenen Gleitlagerelemente, wie beispielsweise Gelenklager, eingesetzt. Aber auch als Führungsbuchsen in Stossdämpfern für Kraftfahrzeuge haben sich die aus Verbund-Gleitlagerwerkstoffen gefertigten Gleitlagerelemente eine breite Anwendung gesichert. Da bei den aus Verbund-Gleitlagerwerkstoffen erzeugten wartungsfreien Gleitlagerelementen keine hydrodynamische Schmierung vorhanden ist, muss trotz der Zusätze von das Reib- bzw. Gleitverhalten verbessernden Stoffen, wie Blei, Molybdändisulfid, Graphit oder dergleichen, mit einem stetig fortschreitenden Verschleiss gerechnet werden. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs beschriebenen Verbund-Gleitlagerwerkstoff insbesondere die Verschleissfestigkeit der Reib- bzw. Gleitschicht zu verbessern und damit die Lebensdauer bzw. die Gebrauchsdauer der daraus hergestellten Gleitlager zu erhöhen, ohne jedoch das gute Reibverhalten, die gute Temperaturbeständigkeit, das günstige Wärmeausdehnungsverhalten und die feste Verbindung der Reib- bzw. Gleitschicht mit dem Rauhgrund zu beeinträchtigen. Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Matrix 5 bis 40 Vol.% Zinksulfid oder Bariumsulfat mit einer Korngrösse von 0,1 bis 1,0 pm mit einer mittleren Korngrösse von 0,3 Fm enthält. Durch die Verwendung des ausgesprochen feinteiligen Zinksulfids bzw. Bariumsulfats wird das Verschleissverhalten der Reib- bzw. Gleitschicht des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs so deutlich verbessert, dass die Gebrauchsdauer um bis zu 35 % erhöht wird. Die anderen mechanisch-technologischen Eigenschaften werden dadurch nicht beeinträchtigt. Darüberhinaus wird der Einsatzbereich der aus dem Verbund-Gleitlagerwerkstoff hergestellten Gleitlagerelemente verbreitert, da durch die Abwesenheit von Blei die Gleitlagerelemente beispielsweise auch für Maschinen der pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie verwendet werden können. In der nicht vorveröffentlichten DE-PS...(Patentanmeldung P 35 25 995.7) ist zwar ein Verbund-Gleitlagerwerkstoff zur Herstellung wartungsarmer Gleitlager beschrieben, bei dem auf einem auf einer metallischen Stützschicht, bestehend aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung, befindlichen Rauhgrund von 0,1 bis 0,35 mm Dicke eine Reib- bzw. Gleitschicht aus einer Matrix aus Polytetrafluoräthylen, die gf. das Reib- bzw. Gleitverhalten verbessernde Zusätze an Blei, Molybdändisulfid, Graphit, Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern, Glaskugeln, Bariumsulfat, Zinksulfid, Bleiborosilikat einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Vol.% enthalten kann, angeordnet ist. Da hier Zinksulfid und Bariumsulfat bezüglich der Verbesserung des Reib- und Gleitverhaltens von Polytetrafluoräthylen auf eine Stufe mit einer Reihe anderer Zusätze gestellt sind, kann die erfindungsgemässe Auswahl von Zinksulfid bzw. Bariumsulfat mit bestimmter feinteiliger Korngrösse nicht als bereits in der DE-PS...(Patentanmeldung P 35 25 995.7) für den Fachmann vorbeschrieben angesehen werden. Die Bezeichnung "Polymeres" umfasst insbesondere die bekannten Polymere Polytetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyphenylensulfid, Polyacetal, Polyamid und Polyimid. Diese Polymere bilden einzeln oder im Gemisch von wenigstens zweien im Volumenverhältnis von 5 bis 35 % die Matrix der Reib- bzw. Gleitschicht des erfindungsgemässen Verbund-Gleitlagerwerkstoffs. Der Begriff f " Zi nksulfid" umfasst auch solche Zinksulfidteilchen, die noch 1 bis 5 Vol.% Bariumsulfat und gf. noch 0,05 bis 0,5 Vol.% Zinkoxid enthalten. Wenn im Rahmen der weiteren Ausbildung der Erfindung die Matrix die Festigkeit erhöhende Zusätze von Glasfasern, Glasperlen, Kohlefasern, Keramikfasern und Aramidfasern einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Vol.%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.%, enthält, üben Zinksulfid bzw. Bariumsulfat die Wirkung eines Trockenschmiermittels aus. Die Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern und Aramidfasern besitzen eine Länge von# < 500 pm, vorzugsweise 50 bis 300 pm, und einen Durchmesser von 100 pm, vorzugsweise 5 bis 50 pm. Die Glaskugeln weisen einen Durchmesser von 1 bis 50 pm auf. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäss ausgebildeten Verbund-Gleitlagerwerkstoffs besteht darin, dass die die Reib- bzw. Gleitschicht bildende Matrix aus einem Gemisch von 55 Vol.% PTFE mit einer Korngrösse von > 3 bis < 10 ym, 15 Vol.% Glasfasern mit einem Durchmesser von < 20 m und einer Länge von 150 m, 25 Vol.% Zinksulfid mit einer Korngrösse von S 1 pm und 5 Vol.% Aramidfasern mit einem Durchmesser von o 10 pm und einer Länge von c 300 pm besteht. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs besteht die die Reib- bzw. Gleitschicht bildende Matrix aus 55 Vol.% Polyvinylidenfluorid mit einer Korngrösse von > 60 bis C 315 pm, 25 Vol.% Zinksulfid mit einer Korngrösse von 4 1 und 20 Vol.% Glaskugeln mit einer Korngrösse von von 1 bis 50 jim. In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs ist die die Reib- bzw. Gleitschicht bildende Matrix aus 60 Vol.% Polytetrafluoräthylen mit einer Korngrösse von > 3 bis < 10 pm, 20 Vol.% Glasfasern mit einem Durchmesser von < 20 pm und einer Länge von S 150 sm und 20 Vol.% Zinksulfid mit einer Korngrösse I 1 pm, das 0,5 Vol.% Bariumsulfat enthält, aufgebaut. Bei einer vierten Ausführungsform des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs besteht die die Reib- bzw. Gleitschicht bildende Matrix aus 75 Vol.% Polytetrafluoräthylen mit einer Korngrösse von > 3 bis < 10 P und 25 Vol.% Bariumsulfat mit einer Korngrösse von 1 pm. Die Matrix befindet sich unmittelbar auf der mechanisch oder chemisch aufgerauhten Oberfläche einer metallischen, insbesondere aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung bestehender Stützschicht. Nach einer vorzugsweisen Möglichkeit ist die die Reib- bzw. Gleitschicht bildende Matrix auf einen auf eine metallische Stützschicht porös aufgesinterten oder aufgespritzten Rauhgrund aus Bronze aufgetragen. Als Rauhgrund kann auch ein Streckmetall benutzt werden. Das ausserordentlich feinteilige Zinksulfid bzw. Bariumsulfat ermöglicht eine sehr gute Dispergierbarkeit in dem Polymeren. Bedingt dadurch wird sowohl der Verschleiss der Reib- bzw. Gleitschicht deutlich gesenkt, als auch mechanische Ermüdungsrisse in der Matrix vermieden. Das gilt auch bei sehr hohen Verarbeitungstemperaturen, so dass die guten Eigenschaften des Polymeren voll erhalten bleiben. Da sich Zinksulfid und Bariumsulfat antikorrosiv verhalten, entsteht kein korrosiver Angriff auf den Gleitpartner. Der erfindungsgemässe Verbund-Gleitlagerwerkstoff wird in der Weise hergestellt, dass das in einem latenten Lösungsmittel dispergierte Polymere zusammen mit dem Zinksulfid bzw. Bariumsulfat sowie gf. weiteren, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften beeinflussenden Stoffen gemischt, das Gemisch in einer 0,01 bis 2 mm dicken Schicht auf den Rauhgrund aufgetragen, bei Raumtemperatur auf den Rauhgrund aufgewalzt, anschliessend durch kontinuierliches Erwärmen auf ca. 4000C und kurzzeitiges Halten bei dieser Temperatur gesintert und dann die Reibbzw. Gleitschicht kalibriert wird. Eine andere Möglichkeit der Herstellung des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs besteht darin, dass die aus Polymerem und Zinksulfid bzw. Bariumsulfat sowie gf. weitere, das Reib- bzw. Gleitverhalten beeinflussenden Stoffen erzeugte Mischung extrudiert, der hergestellte Formkörper zu einem Band von 0,5 bis 2,5 mm Dicke kalandriert und dann auf den Rauhgrund aufgewalzt wird, wobei der Rauhgrund vorher auf eine solche Temperatur erwärmt wird, dass das Band eine Temperatur von maximal 750C annehmen kann. Abschliessend wird das Halbzeug kontinuierlich auf 4000C erwärmt, bei dieser Temperatur zum Zwecke der Aussinterung des Polymeren kurzzeitig gehalten und abschliessend kalibriert. Die Herstellung des Verbund-Gleitlagerwerkstoffes kann auch so durchgeführt werden, dass das pulverförmige Polymere zusammen mit dem pulverförmigen Zinksulfid bzw. Bariumsulfat sowie gf. weiteren, das Reib- bzw. Gleitverhalten beeinflussenden Stoffen gemischt und das pulverförmige Gemisch auf den Rauhgrund aufgestreut und danach kontinuierlich auf eine Temperatur von 280 bis 3800C erwärmt wird. In einem anschliessenden Walzvorgang wird das Polymere verdichtet, in den Rauhgrund eingewalzt und abschliessend kalibriert. In der Zeichnung ist die Erfindung näher und beispielsweise erläutert: Gemäss Fig. 1 besteht der Verbund-Gleitlagerwerkstoff aus einer Trägerschicht (1) aus Stahl, einem darauf porös aufgesinterten Rauhgrund (2) aus Zinn-Blei-Bronze mit einem offenen Porenvolumen von 35 % und der auf den Rauhgrund (2) aufgewalzten Matrix (3) aus Polytetrafluoräthylen mit 20 Vol.% Zinksulfidteilchen und 20 Vol.% Glasfasern. Die Dicke der über dem Rauhgrund (2) befindlichen Reib- bzw. Gleitschicht (4) beträgt 0,35 mm. Im Diagramm nach Fig. 2 ist die Abhängigkeit des Verschleisses vom Gleitweg für diesen Verbund-Gleitlagerwerkstoff durch Kurve 1 dargestellt. Die Kurve 2 zeigt den Verschleiss für den gleichen Verbund-Gleitlagerwerkstoff, bei dem jedoch anstelle von Zinksulfid Bariumsulfat verwendet wurde. Das Verschleissverhalten eines Verbund-Gleitlagerwerkstoffs nach dem Stand der Technik, dessen die Reib- bzw. Gleitschicht bildende Matrix aus Polytetrafluoräthylen mit 20 Vol.% Blei und 20 Vol.% Glasfasern besteht, ist durch Kurve 3 wiedergegeben.

Claims: Patentansprüche 1. Verbund-Gleitlagerwerkstoff, bei dem eine Matrix aus Polymerem so mit einem metallischen Rauhgrund verbunden ist, dass über dem Rauhgrund eine 0,01 bis 2,0 mm dicke Reib- bzw. Gleitschicht aus Polymerem vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix 5 bis 40 Vol.% Zinksulfid oder Bariumsulfat mit einer Korngrösse von 0,1 bis 1,0 pm mit einer mittleren Korngrösse von 0,3 pm enthält. 2. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Matrix bildende Polymere aus Polytetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyphenylensulfid, Polyacetal oder Polyimid besteht. 3. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Matrix bildende Polymere aus einem Gemisch von wenigstens zwei Polymeren im Volumenverhältnis von 5 bis 35 % besteht. 4. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere Glasfasern, Glaskugeln, Kohlefasern, Keramikfasern und Aramidfasern einzeln oder zu mehreren in einer Menge von 5 bis 40 Vol.%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.% enthält. 5. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern, Glasfasern, Keramikfasern und Aramidfasern eine Länge von L 500 pm, vorzugsweise 50 bis 300 Fm und einen Durchmesser von I 100 pm, vorzugsweise 5 bis 50 m und die Glaskugeln einen Durchmesser von 1 bis 50 um besitzen. 6. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauhgrund durch mechanisches oder chemisches Aufrauhen der Oberfläche einer metallischen Stützschicht, vorzugsweise aus Stahl, Bronze oder einer hochfesten Aluminiumlegierung, gebildet ist. 7. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauhgrund durch eine auf eine metallische Stützschicht, vorzugsweise aus Stahl, porös aufgesinterte oder aufgespritzte Schicht aus Bronze gebildet ist. 8. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauhgrund aus Streckmetall besteht. 9. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinksulfidteilchen 1 bis 5 Vol.% Bariumsulfat und gf. noch 0,05 bis 0,5 Vol.% Zinkoxid enthalten. 10. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus 55 Vol.% Polytetrafluoräthylen mit einer Korngrösse von > 3 bis < 10 pm, 15 Vol.% Glasfasern mit einem Durchmesser von c 20 um und einer Länge von# ' 150 um, 25 Vol.% Zinksulfid mit einer Korngrösse von c 1 jim und 5 Vol.% Aramidfasern mit einem Durchmesser von I 10 Fm und einer Länge von < 300 im. 11. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus 55 Vol.% Polyvinylidenfluorid mit einer Korngrösse von > 60 bis < 315 um, 25 Vol.% Zinksulfid mit einer Korngrösse von 1 pm und 20 Vol.% Glaskugeln mit einem Durchmesser von 1 bis 50 Fm. 12. Verbund-Gleitlagerwerkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus 60 Vol.% Polytetrafluoräthylen mit einer Korngrösse von > 3 bis < 10 um, 20 Vol.% Glasfasern mit einem Durchmesser von# S 20 pm und einer Länge von < 150 pm und 20 Vol.% Zinksulfid mit einer Korngrösse von 5 1 um, dessen Teilchen 0,5 Vol.% Bariumsulfat enthalten. 13. Verfahren zur Herstellung des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem latenten Lösungsmittel dispergierte Polymere zusammen mit dem Zinksulfid bzw. Bariumsulfat sowie gf. weiteren, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften beeinflussenden Stoffen gemischt, das Gemisch in einer 0,01 bis 2 mm dicken Schicht auf den Rauhgrund aufgetragen, bei Raumtemperatur auf den Rauhgrund aufgewalzt, anschliessend durch kontinuierliches Erwärmen auf ca. 4000C und kurzzeitiges Halten bei dieser Temperatur gesintert und dann die Reib- bzw. Gleitschicht kalibriert wird. 14. Verfahren zur Herstellung des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Polymerem und Zinksulfid bzw. Bariumsulfat sowie gf. weiteren, das Reib- bzw. Gleitverhalten beeinflussenden Stoffen bestehendes Gemisch extrudiert, der hergestellte Formkörper zu einem Band von 0,5 bis 2,5 mm Dicke kalandriert und auf den erwärmten Rauhgrund aufgewalzt wird, wobei das Band eine Temperatur von max. 750C annimmt und dass abschliessend das Halbzeug zum Zwecke der Aussinterung des Polymeren kontinuierlich auf 4000C erwärmt, kurzzeitig bei dieser Temperatur gehalten und abschliessend kalibriert wird. 15. Verfahren zur Herstellung des Verbund-Gleitlagerwerkstoffs nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Polymere zusammen mit dem pulverförmigen Zinksulfid bzw. Bariumsulfat sowie gf. weiteren, das Reib- bzw. Gleitverhalten beeinflussenden Stoffen gemischt, das pulverförmige Gemisch auf den Rauhgrund aufgestreut, kontinuierlich auf eine Temperatur von 280 bis 3800C erwärmt, dann verdichtet, in den Rauhgrund eingewalzt und abschliessend kalibriert wird.

Inventors: BAUREIS, HANS-PAUL, BICKLE, WOLFGANG, BRAUS, JURGEN, Braus, Jürgen
Applicants: KOLBENSCHMIDT AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1987
Main classification: F16C33
IPC codes: C08L27, C10N50, F16C33, C10N40, C08J5, C08L1, C10N10, C10N20, C10M103, C10M111, C08L101, C08K7, C08L77, F16D69, B32B15, C08L33, C08K3, C10N30