DE2507626A1

DE2507626A1 - Reibungsarme laminateinlage fuer lager und deren herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2507626A1
Application number: DE19752507626
Authority: DE
Inventors: Jun David A Board
Original assignee: New Hampshire Ball Bearings Inc
Current assignee: New Hampshire Ball Bearings Inc
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1975-08-28
Also published as: FR2262221A1; JPS50127041A; FR2262221B3; US3950599A

Description

09-23.831P(23.832H) 21. 2. 1975

New Hampshire Ball Bearings, Inc., Laconia (New Hampshire)

V.St.A.

Reibungsarme Laminateinlage für Lager und deren

Hers tellungsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf Einlagen mit reibungsarmer Lauffläche, derartige Einlagen enthaltende Lager sowie ein Herstellungsverfahren dafür. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere kompakte, dünne Lagerbüchsen vom Laminattyp, die eine feine, faserartige, polymere Lauffläche niedriger Reibung sowie eine Harz-Rückseite aufweisen, ein Herstellungsverfahren für derartige Laminatbüchsen sowie die Verwendung der Laminateinlagen als Lagerbüchsen.

Kunststoffeinlagen mit einer Lauffläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten, die zur Anwendung als Lagerbüchsen geeignet sind, werden nach einer Reihe von Verfahren hergestellt. Bei der Anwendung derartiger Einlagen wird die Laminateinlage üblicherweise an einer verstärkenden oder tragen-

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- 2 - I NAOHQEREICHTJ

den Fläche wie beispielsweise der aufgerauhten Fläche eines Lagers befestigt, in dem die Einlage als Lagerbüchse dient. Die Einlage wird mit der tragenden Fläche, im folgenden kurz Lagerfläche genannt, durch ein warmhärtendes Harzmaterial verbunden. Die Vorderfläche, im folgenden kurz Lauffläche genannt, der Einlage enthält dabei üblicherweise ein Kunststoffmaterial mit niedrigen Reibungseigenschaften, wodurch die Lagerbüchse eine Lauffläche entsprechend niedriger Reibung erhält. Derartige Laufflächen enthalten üblicherweise polymere thermoplastische Materialien niedriger ReJ-bung, z.B. Fluorkohlenstoff-Harze wie jFetrafluoräthylen ((TFE). Derartige polymere Materialien ermöglichen reibungsarme Gleit-, Dreh- oder andere Berührungs- oder Bewegungsvorgänge zwischen zwei bewegten Teilen. Solche Büchsen mit derartigen Harzen^ erwiesen sich beispielsweise als besonders brauchbar bei Kugellagerverbindungen zwischen Kugel und Laufbahn bzw, Laufkranz, in planen Gleitlagern, wobei die Büchse am Innendurchmesser der zylindrischen Lauffläche eingesetzt ist, bei Wellenendlagern oder anderen Vorrichtungen, bei denen geringe Reibung zwischen gleitenden, rotierenden oder sich berührenden Teilen angestrebt ist,

Lagerbüchsen der genannten Art wurden bisher so hergestellt, daß die Büchse aus einer Kombination von reibungsarmen Polymersträngeη und damit verflochtenen, mit Harz verbindbaren Strängen bestand] so wurden beispiels-

Tolyt
weise zusammengeflochtene ifetrafluoräthylenharz-Stränge und Baumwoll- oder Glasfasern zu derartigen Lagerbüchsen verwendet. Die Lagerlauffläche besteht üblicherweise in erster Linie aus den reibungsarmen Polymersträngen, während die Gegen- oder Rückseite normalerweise hauptsächlich die mit Harz verbindbaren Stränge enthält. Ein warmhärtendes Harz wird zur Imprägnierung der verbindbaren Stränge yer-

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nachgereiokt]

wendet., und die entstehende Büchse wird unter Erwärmen und Druck mit Harz an die entsprechende Lagerfläche gebunden. Bei diesem Lagerbüchsentyp resultieren die geringen Reibungseigcnsohaften der Lauffläche aus der Anwesenheit der hineinverflochtenen Polymerstränge (vgl. die UStPS 2 885 248, 2 907 612 sowie das Reissue Patent 24 765).

Lagerbüchsen wurden bisher ferner mit einer Lauffläche hergestellt, die in einem Harzbinder suspendierte oder-gepulverte Polymerpartikel mit oder ohne Gegenwart reibungsarmer Stränge enthielten, wobei verschiedene Formzusammensetzungen für Lager angegeben wurden (vgl. die US-PS 3 471 207, 3 533 668 und 3 594 O49). Darüber hinaus wurden verschiedene andere Verfahren zur Herstellung von Lagerbüchsen angegeben, bei denen etwa Adsorbent-Schichtmaterialien an der Grenze der reibungsarmen Lauffläche aus Polymersträngen verwendet wurden, um überschüssiges Harzadhäsiv während der Herstellung von der Lauffläche fernzuhalten (vgl. die US-PS 3 05£ 788), oder Laminierverfahren unter Verwendung eines mit äretrafluoräthylenharz. in Lagen imprägnierten Graphitgewebes herangezogen wurden (vgl. die US-PS 3 501 360),

Die Eigenschaften von Kunst st off einlagen, die Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Anwendung· als Lagerbüchsen sind jedoch nach dem bisherigen Stand der Technik keineswegs zufriedenstellend] wie auch aus der ständigen Modifizierung solcher Einlagen und Lagerbüchsen auf diesem Verwendungsgebiet·:hervorgeht, besteht gegenwärtig ein großes industrielles Interesse an der Entwicklung neuer, verbesserter Lagerbüchsen, die dünner sind, weniger Einbau- und Einlaufzeit und höhere Lebensdauer und andere günstige Eigenschaften aufweisen.

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Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde ,Einlagen bzw. Lagerbüchsen anzugeben, die die genannten Nachteile nicht besitzen und geringe anfängliche Einlaufzeiten zur Erzeugung eines guten Lagerkontakts, ausgezeichnete Festigkeit, geringe Stärke, Kompaktheit und Dichte, längere Lebensdauer und geringe dauernde Verformung nach dem Einpressen unter Druck sowie andere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, sowie, ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine als Lagerbüchse verwendbare LaminaUdnlage gelöst, die zusammengesetzt ist aus:

einem Wstärkungsteil aus einer Lage oder Schicht eines Materials mit zahlreichen öffnungen wie einer Lage .eines gewebten Materials mit relativ weiten, gleichmäßigen öffnungen, ..

einem porösen, feinen, faserförmigen polymeren Schichtmaterial aus einem thermoplastischen Polymermaterial mit geringen Reibungseigenschaften wie etwa einer dünnen, porösen Vliesschicht aus Jfetrafluoräthylenharz sowie . . . „

einem härtbaren Bindematerial,

■ die zur Herstellung einer Laminateinlage zusammengepreßt, und geformt werden. Die Laminateinlage besitzt insbesondere eine**·glatte Vorderfläche, die aus den fa- ■ serförmigen Materialien geringer Reibung besteht, sowie eine binderreiche Rückfläche, Die glatte und reibungsarme Vorderseite der Laminateinlage gewährleistet verbesserte Lauf- und Abnützungseigenschaften und kürzere Einlaufzeit,

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während die binderreiche Rückfläche eine leichte und wirksame Befestigung der Laminateinlage an der entsprechenden Lagerflache ermöglicht. Die erfindungsgemäße Einlage bzw. Büchse wird durch Druckverformung und Erwärmen hergestellt, wobei das faserförmige, polymere, thermoplastische Schichtmaterial wie auch das Bindermaterial in die Öffnungen des Ver stärkungß mater! als hineingepreßt und mit diesem verbunden wird. Die Verfahrensbedingungen, ausreichende Erwärmung und Druck werden so gewählt, daß eine dünne, beispielsweise unter 0,5 mm (20 mils) dicke, dichte und einheitliche Laminateinlage erhältlich ist, wobei die binderreiche Harzrückseite unter Druck weiter gehärtet und so an eine Lagerfläche oder eine andere tragende oder verstärkende Fläche gebunden werden kann.

Die Erfindung gibt also ein Einlagenmaterial an, das mit einer Lagerfläche verbunden werden kann und folgende kombinierten Bestandteile aufweist:

ejn Verstä?kUTgsb3il aus einer Lage oder Schicht eines Materials mit einer Anzahl relativ großer Öffnungen,

ein faserförmiges polymeres Schichtmaterial mit einer Anzahl kleiner Öffnungen, wobei die Fasern aus einem reibungsarmen, thermoplastischen Polymermaterial mit Selbstschmierungs-Eigenschaften bestehen, sowie

ein härtbares Harz-Bindermaterialj das härtbare Harz-Binder material ist dabei in die öffnungen des Rückteils hineinimprägniert und das faserförmige polymere Schichtmaterial in die Öffnungen des Rückteils eingepreßt, wodurch eine vollständige, einheitliche Laminateinlage entsteht.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Einlage ist ausgezeichnet durch eine Oberfläche bzw. Gleit- oder Lauffläche geringer Reibung, die das in das Verstärkungsteil hineingedrückte und mit

diesem verbundene polymere Schichtmaterial enthält, sowie durch eine harzreiche Rückfläche, die zur Erzeugung einer Lagerbüchse auf eine Lagerfläche heiß aufgepreßt wird.

Das erfindungsgemäß verwendete Verstärkungsmaterial besteht aus einem porösen, flexiblen Schichtmaterial, dessen Öffnungen zur Bildung taschenartiger Bereiche hinreichend groß sind, daß das polymere Schichtmaterial hineingepreßt und so von den Fasern des Verstärkungsmaterials festgehalten werden kann. Das Verstärkungsmaterial kann dabei aus gewebtem Material, aus Vliesmaterialien oder ähnlichen Stoffen bestehen, weist jedoch im allgemeinen regelmäßig angeordnete, gleichmäßige Öffnungen auf, wie beispielsweise ein Sieb oder Gewebe aus natürlichen Glasoder Kunststoffasern oder Metallsiebe, wobei sich jeweils rechtwinklige Öffnungen ergeben. Es ist ferner wünschenswert, daß die Öffnungen des Materials beträchtlich größer sind als die Poren des polymeren Schichtmaterials, wobei die Öffnungen üblicherweise im Bereich von etwa 4-18 Öffnungen/cm (10-45 Öffnungen/inch) liegen. Das Material für die Verstärkungsschicht besteht üblicherweise aus zahlreichen individuellen Strängen, die jedoch nicht gedreht, gezwirnt oder geflochten sind, die Stränge bestehen jedoch aus zahlreichen Einzelfasern; dieses

Verstärkungsteil dient zusammen mit dem Bindermaterial als belastungsfähiges Strukturelement.

Das erfindungsgemäß verwendete faserförmige polymere Schichtmaterial besteht aus feinen Polymerfasern, die gewoben oder vorzugsweise in nichtgewobener Form vorliegen, wobei das polymere Schichtmaterial zahlreiche feine

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ORiGhMAL ,¹NSPECTED

Poren enthält; bei der Kompression fließen die feinen Pasern unter dem Druck in die öffnungen des Schiehtmaterials und imprägnieren das Material der Verstärkungsschicht. Vom Erfinder war erkannt worden, daß aus dem Polymer bestehende homogene feste Schichtmaterialien zur Herstellung von laminierten Einlagen deswegen ungeeignet sind,väeLl derartige feste Polymermaterialien, obgleich sie niedrige Reibungseigenschaften sowie Selbstschmiereigenschaften besitzen, keine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber Scherbeanspruchungen besitzen und bei Gebrauch zum Kaltfließen neigen; aus diesem Grund besteht das erfindungsgemäße polymere Schichtmaterial im wesentlichen aus Polymerfasern von beispielsweise 10 - 100 /um Durchmesser. Das polymere Material sollte porös sein und üblicherweise im Vergleich zum Gesamtvolumen des Materials ein großes Porenvolumen aufweisen, üblicherweise über 50 %, beispielsweise 60-95 % Porenvolumen; das Volumen wird natürlich während der Herstellung der Laminateinlage komprimiert, womit eine entsprechende verringerung des Porenvolumens einhergeht. Die Porengröße des polymeren Schichtmaterials sollte deutlich kleiner sein als die Öffnungen des Verstärkungsmaterials und sollte beispielsweise im Bereich von etwa 10-100 ₇um, typischerweise im Bereich von 40-60 /um liegen. Eine höhere Porosität des polymeren Schichtmaterials ist unerwünscht, da eine hohe Porosität während der Kompression und Herstellung der Laminateinlage einen zu starken Durchfluß des Harzes durch die Poren und damit auf die Lauffläche hinaus mit sich bringt. Das bevorzugte polymere Schichtmaterial weist entsprechend eine Oberfläche geringer Reibung auf, die aus einer porösen, feinen, faserförmigen, papierartigen Schicht eines Fluorkohlenstoffharzes besteht, die außerordentlich glatte Oberflächen- und Laufeigenschaften der-

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artiger Lagerbüchsen mit sich bringt.

Die Dicke des Verstärkungsteils sowie des polymeren Schichtmaterials kann variieren und hängt von der erwünschten Enddicke der Laminateinlage ab. Die Erfindung erlaubt die Herstellung sehr dünner, zugleich dichter und kompakter Laminateinlagen, die zugleich für eine Reihe von Anwendungen brauchbar sind, bei denen kompakte, dichte Einlagen erwünscht sind. Die erfindungsgemäßen Produkte werden üblicherweise in einem Gesamtdickenbereich von etwa 0,2-0,5 mm (8-20 mils) hergestellt; die Enddicke hängt dabei von der Dicke des Verstärkungsmaterials, des verwendeten polymeren Schichtmaterials sowie dem zur Erzeugung der angestrebten Belastungs- und Kompr.essionseigenschaften erwünschten oder erforderlichen Kompressfonsgrad ab. Das polymere Schichtmaterial besitzt ein großes Porenvolumen; ein Bogen aus faserigem Material vom expandierten Typ wird während des Kompressionsschritts in vielen Fällen um mehr als 50 % seiner ursprünglichen Dicke zusammengepreßt, z.B. 50 - 80 %', die polymere Unterlage wird dabei in die Fasern und öffnungen des Trägerteils hineingepreßt. Die Dicke des Trägerteils und des polymeren Schichtmaterials wird in vielen Fällen etwa gleich oder nahezu gleich gewählt, wobei die Dicke des polymeren Schichtmaterials so gewählt wird, daß sie eine ausreichende Imprägnierung des Trägerteils mit dem polymeren Material bei Kompression erlaubt, wodurch eine mechanische Bindung durch das Festhalten des komprimierten Polymeren hervorgerufen wird.

Das erfindungsgemäß verwendete polymere Schichtmaterial kann aus einer Reihe thermoplastischer Polymerharze ausge-

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wählt werden, die in Form feiner Fasern herstellbar sind und in dieser Form Selbstschmierungseigenschaften und/oder geringe Reibungseigenschaften aufweisen. Das ausgewählte Polymermaterial sollte unter den Bedingungen, die zur Herstellung der Laminateinlagen erforderlich sind, zusammendrückbar sein und die Eigenschaft des Kaltfließens zeigen; das Material sollte andererseits soviel Steifigkeit zeigen, daß ein Kaltfließen oder eine Deformation bei der Verwendung als Lauf- oder Gleitfläche der Lagerbüchse vermieden wird. Typische erfindungsgemäß geeignete Polymere sind etwa Harze vom Olefintyp sowie Halogenkohlenstoff-Harze wie Fluorkohlenstoffharze und insbesondere Polymere wie Polytetrafluoräthylen (PTFE (Teflon)) und fluoriertes Xthylen-Propylen-Harz (FEP), also Fluorkohlenwasserstoffe bzw. Fluorkunststoffe.

Das erfindungsgemäß verwendete Bindermaterial besteht aus einem Adhäsivmaterial, das das Verstärkungsteil und das polymere Schichtmaterial zu füllen und miteinander zu verbinden vermag. Das Bindermaterial sollte dabei das Verstärkungsteil während der Kompression imprägnieren, als Füllstoff dazu beitragen, daß die Laminateinlage die auftretenden Lagerbeanspruchungen und Kompressionsbeanspruchungen besser aushält, sowie als Bindemittel zur Verbindung des Vinyllaminats mit der Träger- oder Verstärkungsfläche des Lagers bei der Verwendung wirken. Das Bindermaterial gewährleistet die feste Verbindung zwischen der binderreichen Rückseite mit einer aus Metall oder Kunststoff bestehenden Lagerfläche. Als erfindungsgemäßes Adhäsiv-Bindermaterial kommt eine Reihe von Harzen in Frage, beispielsweise warmhärtende Einkomponenten-Adhäsivmaterialien mit B-Stufe in Substanz oder in einem Lösungsmittel. Das Bindermaterial enthält beispielsweise ein warmhärtendes Material, das dureji Amttgxtuiie voij Druck tta<S/<?der Hits·

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härtet bzw. vernetzt wie beispielsweise Epoxyharze, Urethanharze, Phenolharze oder deren Modifizierungsprodukte wie härtbare bzw. vernetzbare Vinyl-Phenol-Harze. Das Bindermaterial wird während des anfänglichen Kompressions- und Erwärmungsschritts bei der Erzeugung der Laminateinlage nicht voll ausgehärtet bzw. vernetzt, sondern ist zu einer darauffolgenden Verbindung mit der Lagerbüchsenfläche noch weiter härtbar. Das Bindermaterial, z.B. ein Phenolharz, wird zuerst auf der. Rückseite des Verstärkungsteils vorgesehen, wodurch auf der Rückseite ein harzreiches, gehärtetes und noch härtbares Phenolharz der B-Stufe vorliegt, das eine Verbindung der Rückseite mit der aufgerauhten Oberfläche eines Lagers durch Erhitzen und Druck ermöglicht.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, ein härtbares bzw. vernetzbares Phenolharz als Bindermaterial zu verwenden, das in einem flüchtigen Lösungsmittel in einer Reihe von Schichten auf das Verstarkungsteil aufgetragen wird, wobei das Lösungsmittel vor dem Verpressen zur Laminateinlage entfernt wird. Anzahl und Art der aufgetragenen Schichten können variieren. Das Bindermaterial sollte die Öffnungen des Verstärkungsteils vor dem Verpressen zur Laminateinlage ausfüllen, wobei eine ausreichende Schicht des Bindermaterials in aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten zur Bedeckung der Oberfläche des Verstärkungsteils aufgebracht wird.

Bei der Herstellung der Laminateinlage werden das Verstarkungsteil, das polymere Schichtmaterial und das Adhäsiv-Bindermaterial unter geringer Erwärmung so komprimiert, daß das thermoplastische polymere Schichtmaterial das Verstärkungsmaterial imprägniert und in dessen Gewebeöffnungen hineingedrückt und damit mechanisch

verbunden wird; das Adhäsiv-Bindermaterial wird ebenfalls in die Öffnungen des Verstärkungsteils hineingedrückt, wodurch eine vollständige, einheitliche Einlage mit günstigeren Reibungseigenschaften auf der Gleitfläche sowie einer Rückfläche entsteht, die Bindermaterial enthält und mit einer Lagerfläche verbunden werden kann. Druck und Temperatur werden üblicherweise so gewählt, daß die B-Stufe des Bindermaterials erreicht wird und das Bindermaterial darauffolgend durch Druck und zusätzliches Erwärmen mit einer tragenden Fläche verbunden werden kann, wobei die Kondensations- oder Polymerisationsreaktionen bzw. andere bei der Härtung ablaufende Reaktionen weiter ablaufen und zu einem gehärteten Bindermaterial führen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird beispielsweise so vorgegangen, daß als Adhäsiv-Bindermaterial ein vernetzbares, kondensierbares Harz auf Lösungsmittelbasis verwendet wird; dabei werden zunächst das Verstärkungsteil und das polymere Schichtmaterial zusammengefügt, mit Harz gefüllt, zur Entfernung flüchtiger Lösungsmittel getrocknet und anschließend zur Verringerung der Dicke und Erhöhung der Dichte komprimiert. Die Vinyllaminierung und Bindung der so erhaltenen Laminateinlage an ein tragendes Lagerteil geschieht durch Erwärmen und Druck über die mit härtbarem Harz versehene Rückfläche der Laminateinlage.

Die Höhe des angewandten Drucks muß zur Verringerung der Laminat-Enddicke auf den angestrebten Wert ausreichend sein. Typischerweise wird eine 4O-6O-#ige Verringerung bei Drucken von beispielsweise etwa 35-105 at (5OO-I5OO psi) bei Temperaturen unterhalb etwa 71 ⁰C (I60 ⁰P) wie etwa bei 43-68 ⁰C (I3O-I55 ⁰F) erreicht. Bei der Herstellung der Laminateinlagen werden Trennflächen wie beispielsweise

Trennstreifen beiderseits der aus V.erstärkungsteil, Adhäsivschicht und polymerem Schichtmaterial bestehenden Anordnung

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verwendet und die gesamte Anordnung in eine Form eingebracht, worauf gepreßt und die Form erwärmt wird. Nach der Erzeugung der Laminateinlage werden die Trennplatten, üblicherweise feste polymere Schichtmaterialien wie Tetrafluoräthylenharz, von der Vorder- und Rückseite der Laminateinlage entfernt, worauf die Einlage zur Verbindung mit der entsprechenden Lagerfläche in die gewünschte Form geschnitten wird. Die mit der Laminateinlage zu verbindende Lagerfläche oder eine entsprechende andere Fläche wird üblicherweise gereinigt, sandgestrahlt, wieder gereinigt und getrocknetj darauf wird zunächst eine erste Schicht Adhäsivmaterial aufgebracht, die typischerweise, jedoch nicht in allen Fällen, aus dem gleichen, zur Herstellung des Laminats verwendeten Adhäsivmaterial besteht, anschließend wird die erste Harzschicht in denselben Zustand wie das Material in der Rückseite des Laminats gebracht; die gesamte Anordnung wird darauf unter Druck gehärtet bzw. vernetzt, wobei die Rückseite der Laminateinlage mit der entsprechenden Lagerfläche oder tragenden Fläche verbunden wird. Die erfindungsgemäßen Lagerbüchsen sind dünn, dicht und harzreich und besitzen einen hohen Druck-Slastizitätsmodul. Die erfindungsgemäßen Produkte v/eisen entsprechend eine wesentlich verschleißärmere Oberfläche auf, da das harzimprägnierte Polymermaterial mit seiner Gewebebzw. S tr uktur ver Stärkung zu einer extrem glatten Lauffläche führt, wodurch die üblichen, durch rasche Abnutzung bedingten Differenzen von 0,05-0,1 mm (0,002-0,004 inch) vor vollem Lagerkontakt - bei Gebrauch im wesentlichen vermieden werden«, Das erfindungsgemäfie verfahren Sibrt- dabei aufgrund der angewandten Laminierung a-a einem sehr- viel "günstigeren niiä dabei zugleich verei'.r^f achten PA\tbs:a übs s©lastschmieren» den L-ssiinatSi Inu^m άί-s sslbst3onsi®reii.den ca©i? reibung©=

verteilt sind, d.h., die Öffnungen des Verstärkungsteils enthalten gleichmäßige und regelmäßige Mengen Polymermaterial. Erfindungsgemäß hergestellte Laminateinlagen und Lagerbüchsen weisen so beispielsweise gegenüber Lagerbüchsen nach dem Stand der Technik eine bedeutend höhere Lebensdauer der Beanspruchungsfläche unter hohen Belastungsverhältnissen auf, so daß sie z.B. die militärische Spezifikation MIL-B-8182O erfüllen. Die erfindungsgemäßen Laminateinlagen und Büchsen vermeiden ferner die Kosten und Schwierigkeiten, die mit dem Ineinanderweben von Tetrafluoräthylenfasern mit anderen mit Harz verbindbaren Pasern entstehen, und erfordern zudem keine Dispersion von Tetrafluoräthylenharz-Partikeln, weder im Harz noch auf der Gleitfläche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Laminateinlage vor der Kompression des Binders in die Laminateinlagej

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Endquerschnitt der Einlagekomponenten von Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine als Lagerbüchse auf einer Lagerfläche verwendete erfindungsgemäße Laminateinlage;

Fig. 4 ein schematisches Flußdiagramm zur Erläuterung der Verfahrensschritte bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Lagerbüchse.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Laminateinlageschicht 10 dargestellt, die aus einem faservliesartigen

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NACHGEREICHT

papier.dünnen Blatt aus Tetrafluoräthvlenfasern 16, einer gewebten Verstärkungsschicht 18 sowie einem Harzbindermaterial 20 zwischen zwei festen, oberflächlich aufgebrachten Trennblättern 12 und Ik aus Tetrafluoräthylen besteht. Das Vliesmaterial 16 besteht aus einem fein gewebten Blatt aus Tetrafluoräthylenfasern, die an ihren Uberschneidungspunkten gebunden sind, die vor der Kompression ein Porenvolumen von etwa 80 % aufweisen und eine Porengröße von etwa 45 /um und eine Dicke von etwa 0,2 mm (8 mils) besitzen. Als Schichtmaterial dient ein Material, das unter der Bezeichnung Zytex (Hersteller Chemplast, Inc.) im Handel ist. Die Verstärkungsschicht 18 besteht aus einer gewebten Schicht aus' Nylonsträngen, wobei jeder Strang eine Anzahl von Nylonfasern enthält und das Gewebe rechtwinklige öffnungen besitzt; die einzelnen Stränge sind nicht gezwirnt, miteinander verdreht oder verflochten. Die Verstärkungsschicht besitzt eine Dicke von etwa 0,25 (10 mils) sowie etwa eine rechtwinklige öffnung pro mm (25 öffnungen pro inch). Das Bindermaterial 20 besteht aus einem warmhärtenden Einkomponenten-Adhäsivmaterial in der B-Stufe, das ein Vinyl-Phenolharz und ein flüchtiges Lösungsmittel wie Methyläthylketon oder Äthanol enthält, einem Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmittel wie Toluol und dem härtbaren Harz, das bei.erhöhter Temperatur vernetzt oder auf andere Weise gehärtet werden kann, wobei das Harzmaterial 20 in aufeinanderfolgenden Schichten auf das Verstärkungsmaterial aufgebracht wird, wie im folgenden näher erläutert ist. Das Gesamtgewicht des angewandten Harzbi-ndermaterials 20 ist je nach den Erfordernissen variabel und beträgt üblicherweise etwa 160-220 g/m² (15-20 g/square foot), Die Adhäsivschicht bedeckt üblicherweise das Verstärkungsmaterial.

In Fig. j5 ist die erfindungsgemäße Laminateinlage als Lagerbüchse j50 in komprimiertem Zustand schematisch dar-

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gestellt; sie weist eine reibungsarme, selbstschmierende

Lagerfläehe auf, die die komprimierten Tetrafluoräthylenharz-Fasern der Schicht 16, die in die öffnungen des Verstärkungsmaterials 18 hineinimprägniert sind, sowie das Harz-Bindermaterial 20 in gehärtetem Zustand enthält, wobei das Harz die einzelnen Schichtkomponenten der Lagerbüchse zusammenhält, als Füllstoff dazu beiträgt, die Lagerbelastung bei Druckbeanspruchung aufzunehmen sowie auf der harzreichen Rückseite als Bindemittel zur Befestigung der Laminateinlage an einer Trägerfläche 32 wirkt, die, wie beispielsweise im Fall einer Lagerbüchse, aus Stahl s^in kann. Die Gesamtdicke der dargestellten Lagerbüchse beträgt etwa 0,2 - 0,5 mm (9 - 11 inüls), wobei sich das Harzmaterial im vernetzten bzw. gehärteten Zustand befindet.

Fig. 4 stellt ein Schema einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Laminateinlage sowie einer Lagerbüchse dar. Das polymere Fasermaterial 16 wird dabei zunächst auf ein Trennblatt 14 aufgebracht, worauf das Verstärkungsmaterial 18 auf die Schicht des faserformigen Polymermaterials aufgebracht wird. Anschließend werden aufeinanderfolgende Schichten des Vinyl-Phenolharz-Bindermaterials 20 in einem flüchtigen Lösungsmittel auf die Verstärkung 18 aufgebracht, wobei zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten 10-20 min bei Raumtemperatur getrocknet wird, um das flüchtige Lösungsmittel dadurch zu entfernen. Anschließend wird jede Schicht vor der weiteren Beschichtung jeweils bei 71 ΐ 3 ⁰C (l60 - 5 ⁰F) etwa 10-20 min im Ofen gehärtet. Wenn auf diese Weise eine ausreichende Menge Adhäsivmaterial 20 aufgetragen ist, wird auf die Schicht- ein Trennblatt 12 aufgebracht und die Laminateinlagen-Anorärrung 10 einer Dicke von etwa 0,48-0,53 mm '19-21 mils) unter- Erwärmen in einer heisbarer* ??&Z3e vtA eimern Drun.£ v^r, ^twa ^O at

(1000 Ib/in²) bei einer Temperatur von 60-71 ⁰C (l4O-l6O °F) auf eine Dicke von 0,30-036 mm (12-14 mils) komprimiert; zur Herstellung der Laminateinlage wird so beispielsweise eine Temperatur von 65 ⁰C (150 ⁰F) herangezogen. Nach dem Herausnehmen aus der geheizten Presse werden die Trennblätter 12 und Ik von der Vorder- und Rückseite der Laminateinlage abgezogen und die Laminateinlage in die zur Verwendung als Lagerbüchse gewünschte Größe und Form geschnitten. Die so hergestellte härtbare harzreiche Rückseite der Laminateinlage wird anschließend auf eine vorbereitete Lagerfläche 32 aufgesetzt und die Laminateinlage mit der Lagerfläche unter Erwärmen und Druck zur Erzeugung der Lagerbüchse verbunden. Bei der Verbindung der Laminateinlage mit der Lagerfläche zur Herstellung der Lagerbüchse werden etwa 7-21 at (IOO-3OO Ib/in²) über 2-4 h angewandt.

Die erfindungsgemäße und wie beschrieben hergestellte Laminateinlage und Lagerbüchse wurden mit dem Stand der Technik entsprechenden Einlagen aus Tetrafluoräthylenharz- und damit verflochtenen Glasfasern (vgl. die eingangs erwähnten Druckschriften bzw. beispielsweise das White-Patent) verglichen; bei derartigen Vergleichsuntersuchungen ergaben sich bei der erfindungsgemäßen Einlage eine beträchtlich geringere anfängliche Einlaufzeit, bevor ein guter Lagerkontakt erzielt wurde, sowie eine wesentlich höhere Lebensdauer unter höherer Druckbelastung. Bei den Vergleichsuntersuchungen wurden beispielsweise die in der nachstehenden Tabelle I dargestellten Ergebnisse erhalten.

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- 17 Tabelle I

Lagerbüchsenverschleiß in Abhängigkeit von der Zahl der

Beanspruchungszyklen *

Einlage mit verflochtenen	Technik	dem	mm	(inches)	Erfindungsgemäße	Einlage	(inches)
TPE-⁷Glasfasern nach		0,109	(0.0043)	nach Beispiel		(0.0020)
Stand der	Abnützung	0,155	(0.0053)			(O.OO25)
Anzahl der	0,147	(O.OO58)	Anzahl der Abnützung	(O.OO28)
Zyklen	Zyklen mm
1.000	1.000 0,051
10.000	10.000 0,063
25.000	25.000 0,071

Lagergröße ATW 8V1O (US-Norm) Oszillierende Belastung 6758 kg (14.950 lbs)

entsprechend 2622 at (37.300 psi)

Winkel t 25 °

Geschwindigkeit IO'min (CPM) Temperatur 25 ⁰C, trocken

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Claims

- 18 Patentansprüche

[ 1J Laminateinlage, die an Trägerflächen zu befestigen ist, mit

(a) einem Verstärkungs-Schichtmaterial,

(b) einem polymeren Faser-Schichtmaterial aus einem thermoplastischen Polymermaterial mit geringer Reibung und selbstschmierenden Eigenschaften sowie

(c) einem härtbaren Harz-Bindermaterial,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial (18).eine Anzahl relativ großer Öffnungen und das Pasermaterial (l6) eine Anzahl kleiner Öffnungen aufweisen und das härtbare Harz-Bindermaterial (20) in die Öffnungen des Verstärkungsmaterials hineinimprägniert und das polymere Fasermaterial in die Öffnungen des Verstärkungsmaterials gepreßt ist, wodurch eine vollständige, einheitliche Laminateiniage mit reibungsarmer Lagerflache, die das komprimierte und mit dem Verstärkungsmaterial verbundene polymere Schichtmaterial enthält, sowie einer harzreichen Rückfläche vorliegt, die zur Erzeugung einer Lagerbüchse durch Erwärmen und Druck mit einer tragenden Lagerfläche (32) verbunden werden kann.
2. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein ungewebtes Fasermaterial mit einer
als polymeres Schichtmaterial.

webtes Fasermaterial mit einer Porengröße von etwa 45 /um
3. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein thermoplastisches Fluorkohlenstoff-Harz als polymeres Schichtmaterial .
4. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Tetra-

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fluoräthylen-Harz als polymeres Schichtmaterial.

Yy flexibles, siebmaschenartiges Mat.ej?ial"Tfnrb etwa 5^ öffnungen pro cm_.„.(L5§· öffnungen pro inch) als Verstärkungs

6. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gewebtes Polyamidmaterial (Nylon) mit regelmäßigen rechtwinkligen öffnungen als Verstärkungsmaterial.

7. Einlage n&.ch Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein oberhalb 65 ⁰C (150 ⁰F) härtbares Vinyl-Phenolharz-Material als härtbares Bindermaterial.

8. Einlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial und das polymere Schichtmaterial vor der Kompression etwa dieselbe Dicke besitzen.

9. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein warmhärtendes Einkomponenten-Adhäsivharz mit B-Stufe als Bindermaterial.

10. Einlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche im wesentlichen aus zusammengepreßtem faserförmigem Tetrafluoräthylenharz und die RUckfläche im wesentlichen aus dem warmhärtenden harzartigen Bindermaterial besteht.

11. Lager mit einer Lagerbüchse aus der Einlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der Einlage durch das gehärtete Harz-Bindermaterial mit der Lagerfläche verbunden ist.

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12. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

(a) ein Polyamid-(Nylon) Pasergewebe mit zahlreichen rechtwinkligen öffnungen als Verstärkungsmaterial,

(b) ein ungewebtes, faserförmiges Tetrafluoräthylenharz mit einem Porenvolumen von etwa 80 % und einer Porengröße von etwa 45 /Um als polymeres Faser-Schichtmaterial und

(c) ein warmhärtendes Einkomponenten-Adhäsivharz mit B-Stufe als Bindermaterial, wobei die reibungsarme

Lauffläche der Laminateinlage entsprechend die Tetrafluoräthylenharz-Pasern enthält.

Ij5. Herstellungsverfahren für die Laminateinlage nach einem der Ansprüche 1-12, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Herstellung eines Laminats mit einem polymeren Faser-Schichtmaterial aus einem thermoplastischen Material mit geringer Reibung und selbstschmierenden Eigenschaften und mit relativ kleinen öffnungen und einem Verstärkungs-Schichtmaterial mit relativ großen öffnungen durch Aneinanderbringen von Polymer- und Verstärkungsschicht,

(b) Aufbringen einer Schicht eines Harz-Bindermaterials auf eine Oberfläche des Verstärkungsmaterials,

(c) Einbringen der polymeren Verstärkungsschicht und der Adhäsivschicht zwischen einander gegenüberliegenden Trennflächen sowie

(d) Zusammenpressen der polymeren Verstärkungsschicht und des Adhäsivmaterials zum erzwungenen Eindringen des Bindermaterials in die öffnungen des Verstärkungs-

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materials und zur Imprägnierung der öffnungen des Verstärkungsmaterials mit dem thermoplastischen Paser-Schichtmaterial zur Erzeugung einer Laminateinlage verringerter Dicke, wobei Temperatur und Druck so gewählt sind, daß eine Laminateinlage erhältlich ist, die eine harzreiche Rückfläche, die unter zusätzlichem Erwärmen und Druck an einer Lagerfläche befestigt werden kann, sowie eine Lauffläche aus dem polymeren Paser-Schichtmaterial mit geringen Reibungseigenschaften aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Auf- ■ bringen der erhaltenen Laminateinlage auf eine Lagerfläche und Zusammenpressen und Erwärmen der sie berührenden Einlage zur Befestigung der Laminateinlage an der Oberfläche und Erzeugung einer Lagerbüchse.

15. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Verwendung eines Gewebes aus Polyamid-(Nylon-) Pasersträngen als Verstärkungsma^erial, Tetrafluoräthylenharz-Pasern als polymeres Schichtmaterial und eines vernetzbaren Vinyl Phenolharz-Materials als Harz-Bindermaterial.

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Patentanwälte

Olpf,-!ng. R. BEETZ umn

Olpl-Ing. K. LAMPRECHT

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09-23.831P-SFBk

7. 5. 1975

Neuer Anspruch
5. Einlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein flexibles, siebmaschenartiges Material mit etwa 14 Öffnungen pro cm (35 Öffnungen pro inch) als Verstärkung smateri al .

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