CN102312923A - 滑动轴承构件、滑动轴承和用于制造滑动轴承构件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有由滑动材料制成的滑动面(5)的滑动轴承构件。所述滑动材料具有由聚邻苯二甲酰胺组成的基体、至少10％重量含量的高硬度碳纤维和至少10％重量含量的聚四氟乙烯。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承构件。此外，本发明还涉及一种具有该滑动轴承构件的滑动轴承以及一种用于制造该滑动轴承构件的方法。
背景技术
在多种实施形式中已知一些滑动轴承构件和滑动轴承。这些滑动轴承构件尤其可以具有由基于塑料的滑动材料构成的滑动面。滑动材料除了含有塑料外，还可以含有纤维材料，例如玻璃纤维、矿物纤维或碳纤维，以改善滑动材料的机械特性，例如其抗压性、抗变形性等等以及改善滑动材料的温度特性。廉价的玻璃纤维使用得特别广。然而，在使用玻璃纤维时存在玻璃纤维尤其通过它尖棱的纤维端造成严重磨损和损坏与滑动材料滑动地接触的配合面的危险。此外，当玻璃纤维暴露在外时，该滑动材料的塑料也会受损。这两方面甚至在使用润滑剂时也会导致磨损率升高并因此导致滑动轴承尤其在较高的压力载荷和/或较高的速度时运行效率降低。
此外，已知这些含有添加剂，如聚四氟乙烯、石墨、钼化锍等的滑动材料，以改善该滑动性能。
例如由DE 202004006818U1已知一种用于可转动地支承轴颈的轴承套筒，该轴承套筒具有由基于聚苯撑锍和聚邻苯二甲酰胺的塑料制成的挡盘。可以给该塑料添加碳纤维或另一种纤维材料和聚四氟乙烯或其它添加剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，这样构成一种滑动轴承构件或滑动轴承，使得它在一段较长的使用时间内具有良好的滑动特性并且即使在高温下也具有足够的支承能力。
该技术问题通过一种滑动轴承构件、一种滑动轴承和一种用于制造该滑动轴承构件的方法解决。按本发明的滑动轴承构件具有由滑动材料制成的滑动面。该滑动材料具有由聚邻苯二甲酰胺组成的基体、至少10％重量含量的高硬度碳纤维和至少10％重量含量的聚四氟乙烯。
按本发明的观点，概念“高硬度碳纤维”包括高模量(high modulus，HM)碳纤维和有时也称作超高硬度的碳纤维的超高模量(ultra high modulus，UHM)碳纤维。高硬度的碳纤维按本发明可以具有至少300GPa的弹性模量。断裂延伸率可以为1％以下，尤其位于0.5％的范围内。强度可以为至少2GPa。
以惊人的方式表明，通过高硬度碳纤维可以实现明显比其它种类的碳纤维，例如高强度碳纤维(high tenacity，HT)更高的寿命。高硬度的碳纤维比高强度碳纤维更易碎裂并且具有另一种耐磨性能。这导致在滑动轴承构件引入阶段中在与滑动轴承构件滑动接触的配合面区域内形成一层固定附着并且稳定的、由聚四氟乙烯组成的、嵌有一些具有有利摩擦特性的石墨层的传送膜。这种传送膜使滑动面磨损更少并因此致使滑动轴承构件的寿命提高。因此，本发明的优点在于，该滑动轴承具有较长的使用寿命。
本发明的另一个优点在于，滑动轴承构件具有良好的滑动特性。这尤其也适用于在没有润滑剂的情况下的工作。此外，有利的是，滑动轴承构件也在较高的温度时具有足够的支承能力。滑动材料尤其可以设计用于小于至少90摄氏度的工作温度。
优选滑动材料具有至少20％重量含量的高硬度碳纤维。滑动材料最多含有60％重量含量的高硬度碳纤维。滑动材料最多含有30％重量含量的聚四氟乙烯。此外，滑动材料可以含有至少1％重量含量的炭黑。
滑动构件可以具有至少一个由滑动材料构成的滑动衬垫和一个支承结构，该滑动衬垫和支承结构相互机械连接。由此可以将较高的机械稳定性与良好的滑动特性结合。支承结构例如可以由一种钢，尤其是滚动轴承钢，例如100Cr6制成。但支承结构也可由塑料制成。
滑动衬垫可以设计成一个固定在支承结构上的单独构件。滑动衬垫尤其可拆卸地固定在支承结构上。这允许例如在该滑动衬垫磨损或损坏时毫无困难地更换滑动衬垫。
同样地滑动衬垫也可以设计成一层涂敷在支承结构上的涂层。以这种方式可以在滑动衬垫的整个表面范围内在滑动衬垫和轴承座之间形成非常紧密的连接。
此外，滑动衬垫和支承结构可由滑动材料一体地构成。这使得滑动轴承构件能够特别有效和廉价地制造。
此外，本发明还涉及一种带有按本发明的滑动轴承构件的滑动轴承。该滑动轴承具有与滑动轴承构件的滑动面滑动接触的配合面。
该配合面可以由不同于滑动材料的另一种材料制成。尤其配合面可以由钢制成。滚动轴承钢，尤其是100Cr6钢可以用作这种钢。该钢可以至少在配合面的区域内淬硬。这样设计的滑动轴承可廉价地实现并且具有有利的滑动特性和较长的寿命。除了钢外，还可以使用一种成分不同于滑动材料成分的塑料。
滑动轴承可以设计成不用润滑油工作的干式轴承。这有利的是，不用考虑用于润滑剂的提供、再配量和更新的耗费。另一个优点是，它不会使得滑动轴承的周围环境被流出的润滑剂污染。这例如当在食品工业中使用该滑动轴承时意义重大。
在按本发明的滑动轴承中，在滑动轴承的工作状态中，滑动材料的至少一种成分部分地积聚在配合面上。该成分可以是碳。尤其可以积聚石墨形式的碳。
按本发明的滑动轴承可以设计成径向轴承，尤其是滑动衬套。同样滑动轴承可以设计成止推轴承。此外，滑动轴向设计成关节轴承，尤其是径向关节轴承。
此外本发明还涉及一种用于制造滑动轴承构件的方法。在按本发明的方法中，滑动面由滑动材料构成，该滑动材料具有由聚邻苯二甲酰胺构成的基体、至少10％重量含量的高硬度碳纤维和至少10％重量含量的聚四氟乙烯。该滑动面可以在注塑中形成。在此，滑动面可以通过滑动材料喷射到滑动轴承构件的支承结构上而形成。同样也可以由滑动材料在注塑工艺中构成一层作为单独构件的滑动衬垫并且滑动衬垫随后固定在滑动轴承构件的支承结构上。
附图说明
以下根据附图所示的实施例进一步阐述本发明。在附图中：
图1是按本发明设计的滑动轴承的一个实施例的示意性剖面图；以及
图2是按本发明的滑动轴承的另一个实施例的示意性剖面图。
具体实施方式
图1示出按本发明设计的滑动轴承的一个实施例的示意性剖面图。该滑动轴承设计成径向轴承并且具有分别设计呈圆柱形的外圈1和内圈2。该外圈1具有一个圆柱形的滑动衬垫3，该滑动衬垫3固定地与圆柱形的支承结构4连接。在所示的实施例中，滑动衬垫3设计成一层例如在压力注塑工艺中涂敷到支承结构4上的涂层。但滑动衬垫3同样也可能设计成一个单独的构件并且与支承结构4粘在一起或螺纹连接或以其它方式固定在支承结构4上。此外，存在这种可能，即，滑动衬垫3和支承结构4一体式构成并且由同一材料制成。滑动衬垫3的内圆周面设计成一个滑动面5。
内圈2在其外圆周面区域内具有一个与滑动衬垫3的滑动面5滑动接触的配合面6。视滑动轴承所规定的应用领域而定，滑动面5相隔配合面6的平均径向距离可以具有不同的值并因此轴承间隙的大小不等。
图1中所示的滑动轴承也可以变型为，不具有内圈2。在这种情况下，滑动衬垫3的滑动面5例如与轴滑动接触。
在图1所示的、在该实施形式中也称作滑动衬套的滑动轴承的工作状态中，内圈1和外圈2实施相对旋转运动和/或直线运动。在一种适合的材料选择中，滑动轴承可以不用润滑剂工作。滑动轴承尤其具有以下材料：
内圈2由钢，尤其是滚动轴承钢，例如100Cr6制成并且尤其在配合面6的范围内淬硬。因此，根据应用，可以使用一个完全或仅局部淬硬的内圈2。同样内圈2也可以由塑料制成。在此，优选使用一种具有不同于滑动衬垫3的滑动材料的成分的塑料。
外圈1的支承结构4由形状稳定的材料，尤其由金属制成。支承结构4例如可以由钢制成。在此，尤其可以将上述类型的钢用于内圈2。但也可以使用一种具有足够的机械稳定性的塑料。
滑动衬垫3由一种具有良好的滑动特性，尤其是较小的摩擦系数的滑动材料制成。滑动材料尤其由塑料复合物组成，该塑料复合物具有由聚邻苯二甲酰胺(PPA)构成的基体、10％至60％重量含量的高硬度碳纤维和10％至30％重量含量的聚四氟乙烯(PTFE)。碳纤维和聚四氟乙烯重量含量的参比量分别是聚邻苯二甲酰胺-基体。可选择地，滑动材料可以含有至少1％重量含量的炭黑。
按本发明的观点，概念“高硬度的碳纤维”归入高模量(high modulus，HM)碳纤维和超高模量(ultra high modulus，UHM)的、有时也称作超高硬度的碳纤维。高硬度的碳纤维按本发明的观点可以具有至少300GPa的弹性模量。断裂延伸率可以为1％以下并且尤其在0.5％的范围内。强度可以为至少2GPa。
聚邻苯二甲酰胺具有大约120摄氏度的玻璃化转变温度。据此，由这一种滑动材料构成的滑动衬垫3在高于70摄氏度，尤其在小于至少90摄氏度的工作温度中使用。此外，由这一种滑动材料构成的滑动衬垫3具有较高的抗压强度，因此，具有这种滑动衬垫3的滑动轴承可以承受至少100MPa的动压载荷。通过该滑动材料，在没有润滑剂的情况下实现小于0.02的摩擦系数。此外，由表1可知，通过滑动材料可实现比通过相似成分的类似材料明显更长的寿命。
表1
表1示出一系列试验，其中，为不同的滑动材料分别计算出滑动衬垫3的磨损量。在干式运转中，即在没有润滑剂的情况下，当单位面积的负载为100N/mm2并且滑动面5和配合面6之间的相对速度为0.02m/s时通过图2中所示的轴承种类进行所有的试验。一旦滑动衬垫3的磨损量达到0.30mm时这些试验分别停止。直到试验停止分别经过的滑动行程都在该表中列出。
在试验1a和1b中，分别使用按本发明的、具有相同成分的滑动材料，其中，高硬度碳纤维的含量为30％重量含量，聚四氟乙烯的含量为20％重量含量。作为直到磨损极限的滑动行程，在试验1a中得到34.5km，在试验1b中为32.3km。
在试验2a和2b中，含有30％重量含量的高强度碳纤维和15％重量含量的聚四氟乙烯的滑动材料分别使用在聚邻苯二甲酰胺-基体上。因此，与试验1a和1b的区别是使用了另一种碳纤维并且聚四氟乙烯的含量更少。直到磨损极限的滑动行程在试验2a中为2.1km，在试验2b中为1.9km。因此，在两种情况下，实现比在试验1a和1b中明显更短的滑动行程。据此，滑动衬垫3的磨损在试验1a和1b中比在试验2a和2b中明显更少。
在试验3中，含有35％重量含量的玻璃纤维和20％重量含量的聚四氟乙烯的滑动材料使用在聚邻苯二甲酰胺-基体上。因此，与试验1a和1b的区别在于，纤维含量略高并且代替碳纤维使用玻璃纤维。直到磨损极限的滑动行程在试验3中为9km。这个值明显低于试验1a和1b的值，因此，在试验1a和1b中滑动衬垫3的磨损明显小于在试验3中滑动衬垫3的磨损。
表1中列出的滑动材料不同的磨损性能可以按下列方式解释：
在试验1a和1b中，在引入阶段中，即，紧接在试验开始之后通过滑动衬垫3的碳纤维在配合面6上的磨损与聚四氟乙烯结合形成一个传送膜。该传送膜具有非常有利的摩擦特性，以便减少滑动衬垫的磨损。此外，传送膜非常好地附着在基底上并且相当稳定。在试验2a和2b中，虽然在滑动衬垫3中同样具有碳纤维。但它更不易碎裂并且具有不同于在试验1a和1b中的高硬度碳纤维的另一种耐磨特性的高强度碳纤维。这样导致，在试验2a和2b中不形成传送膜或形成一层摩擦特性比在试验1a和1b中更差和/或稳定性或粘附性更小的传送膜。据此，在试验2a和2b中的滑动衬垫3比在试验1a和1b中的滑动衬垫3磨损更快。
在试验3中，在滑动衬垫3中不具有碳纤维，由此不会在配合面6上形成稳定的传送膜。充其量塑料基体本身和聚四氟乙烯可以有助于形成传送膜。这同样也不足以形成一层相似于试验1a和1b的传送膜。结果是，在该试验3中的磨损大于在试验1a和1b中的磨损。因为玻璃纤维本身耐磨损性相对较强，所以试验3中的磨损量比试验2a和2b中的磨损量更小。
前述的设计结构以相同的方式也适用于按本发明的滑动轴承的其它实施例。
图2示出按本发明的滑动轴承的另一个实施例。在该实施例中，滑动轴承设计成径向关节轴承。与图1的实施例相似地，图2中示出的滑动轴承具有一个带有滑动衬垫3和支承结构4的外圈1和内圈2。但滑动轴承的这些部件具有不同于在图1的实施例中的几何形状。外圈1的滑动面5和内圈2的配合面6均设计成球面的环形区段。该滑动衬垫3设计成球壳的环形区段。
图2中所示的滑动轴承各部件的材料与图1中所述的滑动轴承各部件的材料相似。
由滑动面5和配合面6的球形决定，外圈1和内圈2围绕任意一条轴线相互回转，以便实现关节作用。
除了前述的实施例，配合面6也可以设置在外圈1上。在这种情况下，内圈2具有一个带有滑动面5的滑动衬垫3和支承结构4。
此外，滑动轴承例如也设计成止推轴承或其它滑动轴承结构，其中，具有至少一个由所述滑动材料构成的滑动衬垫3。
此外存在这种可能，给配合面涂层，尤其镀铬。
本发明的滑动轴承的优势尤其在无润滑运转中得到充分地发挥。但按本发明的滑动轴承也适用于具有润滑剂的运行。
附圈标记清单
1外圈
2内圈
3滑动衬垫
4支承结构
5滑动面
6配合面
Claims (10)
1.一种具有由滑动材料制成的滑动面(5)的滑动轴承构件，其中，所述滑动材料具有由聚邻苯二甲酰胺组成的基体、至少10％重量含量的高硬度碳纤维和至少10％重量含量的聚四氟乙烯。
2.按权利要求1所述的滑动轴承构件，其特征在于，该滑动轴承构件具有至少一个由所述滑动材料构成的滑动衬垫(3)和一个支承结构(4)，该滑动衬垫(3)和支承结构(4)相互机械连接。
3.按权利要求2所述的滑动轴承构件，其特征在于，所述滑动衬垫(3)设计成一个固定在所述支承结构(4)上的单独构件。
4.按权利要求2所述的滑动轴承构件，其特征在于，所述滑动衬垫(3)设计成一层涂敷到所述支承结构(4)上的涂层。
5.按权利要求2所述的滑动轴承构件，其特征在于，所述滑动衬垫(3)和所述支承结构(4)一体式地由所述滑动材料构成。
6.一种滑动轴承，其具有按权利要求1至5之一所述的滑动轴承构件(1)和一个与所述滑动轴承构件(1)的所述滑动面(5)滑动接触的配合面(6)。
7.按权利要求6所述的滑动轴承，其特征在于，所述配合面(6)由不同于所述滑动材料的另一种材料制成。
8.按权利要求6或7所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承设计成一种在没有润滑剂的情况下工作的干式轴承。
9.按权利要求6至8之一所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动材料的至少一种成分在所述滑动轴承的工作状态中部分聚集在所述配合面(6)上。
10.一种用于制造滑动轴承构件(1)的方法，其中，滑动面(5)由一种滑动材料构成，该滑动材料具有由聚邻苯二甲酰胺构成的基体、至少10％重量含量的高硬度碳纤维和至少10％重量含量的聚四氟乙烯。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120111 |