DE4137723A1

DE4137723A1 - Sintergleitlager

Info

Publication number: DE4137723A1
Application number: DE4137723A
Authority: DE
Inventors: Motohiro Miyasaka; Hideo Shikata
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2011-11-16
Also published as: DE4137723C2; FR2669386B1; JPH04183805A; SG160694G; JP2907999B2; FR2669386A1; GB2249811B; GB9123910D0; GB2249811A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Sintergleitlager und insbesondere ein Sintergleitlager zur Verwendung in einer Hochtemperaturumge bung, z. B. als ein Lager für eine Heizwalze in einem Kopiergerät.

Als Sinterlegierungsgleitlager für Motoren mit kleinen Abmessun gen und elektrische Haushaltsgeräte wurden bisher meist ölge tränkte Sinterlager verwendet, d. h. Sinterlager, deren Poren mit einem Schmieröl getränkt werden.

Die ölgetränkten Sinterlager haben den Nachteil, daß, wenn sie in einer Hochtemperaturumgebung von z . B. ungefähr 250°C verwendet werden, das tränkende Öl aus den Poren ausläuft und dann seine Schmiereigenschaft verliert oder verbrennt, wodurch das Lager nicht länger verwendbar ist.

Eine üblicherweise verwendete Maßnahme, um den obenbeschriebenen Nachteil zu vermeiden, ist entweder die Verwendung einer Sinter legierung, welche nicht mit Öl getränkt ist, sondern einen festen Schmierstoff, wie Graphit oder Molybdändisulfid, in der Legie rungsmatrix enthält, oder die Verwendung eines Kugellagers, in welches ein spezieller, bei hohen Temperaturen beständiger Schmierstoff eingespritzt wird.

Jedoch ist es bei Sinterlegierungen, welche auf feste Schmier stoffe gestützt sind, zur Erzielung von ausreichenden Schmierwir kungen notwendig, eine große Menge an festem Schmierstoff hinzu zufügen, welche eine Verschlechterung der Festigkeit des Mate rials bewirkt. Des weiteren zeigt ein Lager mit festem Schmier stoff von Natur aus einen hohen Reibungskoeffizient im Vergleich zu Lagern mit flüssigen Schmierstoffen. Diese Nachteile engen die Verwendung der Lager ein. Das Lager mit festem Schmierstoff hat des weiteren den Nachteil, daß die Produktionskosten höher sind als die der ölgetränkten Lager.

Die Verwendung eines Kugellagers hat auf der anderen Seite den Nachteil, daß es wesentlich teurer als die üblichen Sintergleit lager ist.

Ein Gegenstand dieser Erfindung ist es, ein Sintergleitlager zur Verfügung zu stellen, welches ausgezeichnete Gleiteigenschaften in einer Hochtemperaturumgebung aufweist und preiswert ist.

Ein anderer Gegenstand dieser Erfindung ist es, ein Sintergleit lager zur Verfügung zu stellen, welches für Hochtemperaturanwen dungen geeignet ist und eine lange Lebensdauer besitzt.

Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist es, ein Sintergleit lager zur Verfügung zu stellen, welches einen geringen Verschleiß in dem Temperaturbereich von normalen Temperaturen bis zu hohen Temperaturen zeigt.

Diese und andere Gegenstände, welche aus der folgenden de taillierten Beschreibung deutlich werden, können erfindungsgemäß durch ein Sintergleitlager erzielt werden, das eine poröse Sin terlegierung umfaßt, bei welcher wenigstens die Poren der Ober flächenschicht der gleitenden Seite mit einem thermoplastischen Harz gefüllt sind, wobei das thermoplastische Harz eine Schmelz viskosität bei 250°C von 10 bis 2000 mPa·s besitzt.

Als poröses Sintermetall können Fe-Cu-C-Legierungen, Co und/oder ein Carbid bildendes Element enthaltende Eisenlegierungen, Cu-Sn-Legierungen, Al-Legierungen oder dergleichen eingesetzt werden.

Die Einlagerung eines festen Schmiermittels in diese Sinterlegie rungen kann noch ausgezeichnetere Gleiteigenschaften bewirken. Ein Sintermetall, umfassend wenigstens ein Mitglied der aus Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Blei, Bornitrid und Magnesiumsilikat bestehenden Gruppe, welches in der Matrix einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung dispergiert ist, wird besonders bevorzugt.

Der Gehalt des festen Schmiermittels in der Sinterlegierung ist vorzugsweise nicht höher als 20 Vol.-%. Ein Gehalt an festem Schmiermittel, welcher 20 Vol.-% übersteigt, kann bewirken, daß die Festigkeit des Materials zu gering ist.

Vorzugsweise sind die meisten der Poren des Sintermetalls mit dem thermoplastische Harze getränkt. Das Lager arbeitet jedoch auch gut, wenn nur die Poren der Oberflächenschicht oder sogar nur die Poren der inneren Oberflächenschicht, d. h. die Oberflächenschicht der gleitenden Seite des Lagers, getränkt sind.

Das Tränkungsmittel aus thermoplastischem Harz zeichnet sich zu sätzlich zu einer Schmelzviskosität von 10 bis 2000 mPa·s dadurch aus, daß es kaum seine Schmiereigenschaft ver liert, wenn es wiederholtem Aufheizen/Abkühlen unterworfen wird. Außerdem hat es keine korrosiven Eigenschaften. Daher kann ein solches thermoplastisches Harz als ein "synthetisches Wachs" be zeichnet werden.

Die Gründe, warum der obengenannte Schmelzviskositätsbereich be vorzugt ist, sind die folgenden. Wenn die Schmelzviskosität bei 250°C weniger als 10 mPa·s beträgt, dann ist das Harz anfällig dafür, während der Verwendung bei hohen Temperaturen aus dem Lager auszulaufen, so daß die Lebensdauer des Lagers verrin gert wird. Beträgt die Schmelzviskosität auf der anderen Seite bei 250°C mehr als 2000 mPa·s, wird es schwierig, das Lager mit dem Harz wegen dessen übermäßig hoher Viskosität zu tränken, auch wenn das Harz auf eine möglichst hohe Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches, in welchem das Harz seine Schmiereigenschaften nicht verliert, erhitzt wird.

Beispiele eines thermoplastischen Harzes, welches die obengenann ten Eigenschaften besitzt, sind Polyolefine mit einem niedrigen Molekulargewicht, wie Polyethylen und Polypropylen. Ein Polyethy len mit einem Molekulargewicht (MW) von 2000 bis 9000 wird beson ders bevorzugt. Ein Polyethylen mit MW von weniger als 2000 weist eine geringe Wärmebeständigkeit auf, wie sich beispielsweise daraus erkennen läßt, daß es beim Erhitzen zerfällt. Des weiteren ist seine Viskosität für Hochtemperaturanwendungen zu gering. Ein Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mehr als 9000 besitzt auf der anderen Seite eine zu hohe Schmelzviskosität.

Das Sintergleitlager dieser Erfindung kann z. B. durch das Schmel zen des thermoplastischen Harzes mit der obengenannten Schmelz viskosität und das Tränken der Poren der Sinterlegierung mit dem geschmolzenen Harz hergestellt werden.

Das Sintergleitlager dieser Erfindung, bei welchem die Poren an statt des in dem ölgetränkten Sinterlager eingesetzten Öles dem speziellen thermoplastischen Harz gefüllt sind, weist wegen der Flüssigschmierungswirkung des erweichten oder verflüssigten Har zes mit einer geeigneten Viskosität bei hohen Temperaturen einen geringen Reibungskoeffizient auf, wenn es in einer Hochtempera turumgebung von z. B. 200 bis 300°C verwendet wird.

Wenn die Sinterlegierung des erfindungsgemäßen Lagers des weite ren einen festen Schmierstoff, wie Graphit oder Molybdändisulfid enthält, erniedrigt der feste Schmierstoff den Verschleiß während des Betriebes bei normalen Temperaturen und gleicht die unzurei chende Flüssigschmierung durch das Harz bei normalen Temperaturen aus. Des weiteren dient der feste Schmierstoff bei hohen Tempera turen zur Verringerung des Reibungskoeffizienten und des Verschleißes in Verbindung mit der Flüssigschmierung durch das Harz.

Wie oben erklärt, besitzt das erfindungsgemäße Sintergleitlager ausgezeichnete Qualitäten und ist des weiteren kostengünstig, verglichen mit Kugellagern. Daher ist das erfindungsgemäße Sin tergleitlager als Lager für Kopiergeräte, Hochtemperaturvorrichtungen, Fördervorrichtungen und dergleichen, bei welchem das Lager bei hohen Temperaturen verwendet wird, ge eignet kann daher den Anwendungsbereich von Sinterlagern erwei tern.

Diese Erfindung wird des weiteren durch folgende Beispiele veran schaulicht. In den Beispielen ist das Tränkungsmittel aus thermo plastischem Harz als "Wachs" bezeichnet.

Beispiel 1

In jedem Versuch wurde ein Sinterkörper mit einer Zusammensetzung von 9 Gew.-% Sn, 3 Gew.-% Co, Rest Cu einer Dimensionierung un terworfen, um ein Lager mit einem inneren Durchmesser von 10 mm, einem äußeren Durchmesser von 16 mm, und einer Länge von 10 mm und einer Porosität von 20 Vol. -% zu bilden. Anschließend wurde das Lager mit einem der folgenden Wachse oder Öle getränkt:

1. Polyethylenwachs mit einem MW von 4000.
2. Polyethylenwachs mit einem MW von 2000.
3. Polyethylenwachs mit einem MW von 1000.
4. Perfluorpolyalkyletheroligomer mit einem MW von 7500 (PEPE; Fluoroöl).
5. Perfluoropolyalkyletheroligomer mit einem MW von 6300 (Fluoroöl).
6. Poly-α-olefin-synthetisches Öl.

Die in den Versuchen erhaltenen Lager wurden 3h in Luft bei 250°C gehalten und anschließend abgekühlt. Danach wurde das Ausblu ten des Wachses oder Öles aus dem Lager bewertet.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammen mit den Viskositäten der Tränkungsmittel dargestellt. In der Tabelle entspricht die Nummer des Experiments der obengenannten Tränkungsmittelnummer.

Tabelle 1

Die Lager der Experimente Nr. 4 und 5, bei welchen die herkömm lichen synthetischen Öle (Fluoroöle) eingesetzt wurden, zeigten ein beträchtliches Auslaufen des getränkten Öles.

Dieses resultiert aus der Tatsache, daß die Öle geringe Viskosi täten besitzen, obwohl sie relativ hohe Molekulargewichte aufwei sen.

Das Lager aus Versuch Nr. 6, bei welchen ein übliches Schmieröl eingesetzt wurde, ist völlig inakzeptabel, da das Öl zähflüssig wurde.

Bezüglich der Lager aus den Versuchen Nr. 1 bis 3 wird aus den Ergebnissen in der Tabelle deutlich, daß bei dem Einsatz von Po lyethylenwachs mit einer Viskosität von 10 mPa·s bei 250°C kein Auslaufen des getränkten Wachses auftritt.

Beispiel 2

In jedem Experiment wurde eine Pulvermischung mit einer Zusammen setzung von 9 Gew. -% Sn, 3 Gew. -% Co, Rest Cu mit 5 % Graphit staub vermischt; die resultierende Mischung wurde verdichtet, ge sintert und dimensioniert, um ein Lager, welches dem Lager aus Beispiel 1 ähnlich war, zu bilden. Die erhaltenen Lager wurden mit einem der zuvor genannten Wachse oder Öle getränkt.

Der Reibungskoeffizient jedes der erhaltenen Lager wurde über prüft, durch das Berühren des Lagers mit einer aus Kohlenstoff stahl (S45C japanische Stahlqualität) gefertigten Welle und das Rotieren in einer Umgebung von 200°C untersucht.

Die Versuchsbedingungen waren die folgenden:

Gleitgeschwindigkeit:
9 m/min
Lagerdruck:	20 kgf/cm²
Betriebsdauer:	500 h.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. In der Ta belle entspricht die Versuchsnummer der obengenannten Trennmit telnummer.

Tabelle 2
Versuch Nr.
Reibungskoeffizient
1
0,03
2	0,05
3	0,20
4	0,15
5	0,17
6	0,35

Die erfindungsgemäßen Lager aus den Versuchen Nr. 1 und 2 wiesen jeweils einen niedrigen Reibungskoeffizient auf, während das La ger des Versuches Nr. 3, bei welchem ein nicht erfindungsgemäßes Wachs mit niedriger Viskosität eingesetzt wurde, und die Lager der Versuche Nr. 4 und 5, bei denen ein herkömmliches syntheti sches Öl eingesetzt wurde, jeweils einen hohen Reibungskoeffi zient aufwiesen.

Als Ursache für die hohen Werte der Versuche Nr. 3 bis 5 wird der Verlust des Schmieröles aufgrund des Auslaufens aus dem Lager an genommen. Das Lager des Versuches Nr. 6, bei welchem ein herkömm liches Schmieröl eingesetzt wurde, zeigte einen sehr hohen Rei bungskoeffizient. Als Ursache dafür wird angenommen, daß die Schmierwirkung durch das Öl praktisch völlig verschwunden war und folglich die Schmierung nur durch den festen Schmierstoff Graphit bewirkt wurde.

Bei Versuchen unter Verwendung einer 1,5 Gew.-% Kupfer enthalten den Sintereisenlegierung als das Lagermaterial durchgeführt wur den, zeigten die Ergebnisse eine zu den oben dargestellten Ergeb nissen ähnliche Tendenz.

Wenn die Experimente des weiteren unter Variation des zu dem La germaterial hinzugefügten festen Schmierstoffes durchgeführt wur den, zeigte Graphit den niedrigsten Reibungskoeffizient, auch wenn kein großer Unterschied des Reibungskoeffizientes zwischen den verschiedenen verwendeten festen Schmierstoffen auftrat. Der Wert des Reibungskoeffizienten nahm in folgender Reihenfolge zu:
(niedrig) Graphit < Molybdändisulfid < Wolframdisulfid < Bornitrid < Magnesiumsilikat < Blei (hoch).

Claims

1. Sintergleitlager, umfassend eine poröse Sinterlegierung, bei welcher wenigstens die Poren der Oberflächenschicht der glei tenden Seite mit einem thermoplastischen Harz gefüllt sind, wobei das Thermoplastharz eine Schmelzviskosität von 10 bis 2000 mPa·s bei 250°C besitzt.

2. Sintergleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Harz ein Polyolefinharz mit niedrigem Molekulargewicht ist.

3. Sintergleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefinharz mit niedrigem Molekulargewicht ein Polyethylen mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 9000 ist.

4. Sintergleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterlegierung wenigstens ein aus der aus Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Blei, Bornitrid und Magnesiumsulfid bestehenden Gruppe ausgewähltes Mitglied umfaßt, welches in einer Matrix einer Legierung dis pergiert ist, wobei die Legierung aus einer Gruppe, bestehend aus Kupferlegierungen und Eisenlegierungen, ausgewählt ist.

5. Sintergleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintergleitlager bei hohen Temperaturen verwendbar ist.

6. Sintergleitlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lager in einer Vorrichtung, in welcher das Lager in einer Hochtemperaturumgebung eingesetzt wird, verwendbar ist.

7. Sintergleitlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Ko piergeräten, Hochtemperaturvorrichtungen und Fördervorrich tungen besteht.

8. Sintergleitlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lager für Heizwalzen in einem Kopiergerät verwendbar ist.