DE69317263T2 - Tight-fitting sliding arrangement made of a metal component and a plastic composite component - Google Patents
Tight-fitting sliding arrangement made of a metal component and a plastic composite componentInfo
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- DE69317263T2 DE69317263T2 DE1993617263 DE69317263T DE69317263T2 DE 69317263 T2 DE69317263 T2 DE 69317263T2 DE 1993617263 DE1993617263 DE 1993617263 DE 69317263 T DE69317263 T DE 69317263T DE 69317263 T2 DE69317263 T2 DE 69317263T2
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft m allgemeinen Kombinationen von Maschinenteilen für eine bewegliche Verbindung mit geringer Reibung und kleinem Spiel, und insbesondere eine Bewegungsübertragungskombination mit einem Metallteil und einem polymeren Verbundteil, die mit geringer Reibung und geringem Spiel verbindbar sind, sowie Verfahren zur Herstellung von Bewegungsübertragungskombinationen. Eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 20 sind in US-A-3 081 644 offenbart. Es ist ferner aus der DE-A-2 101 262 bekannt, einen imprägnierten porösen Sinterkörper vorzusehen, der in bezug auf eine polymere Hülse mit, beispielsweise, einem Schmiermittel als Füllstoff gleitet. Eine mit PTFE gefüllte eloxierte poröse Schicht ist aus NL-A-6 805 392 bekannt.The present invention relates generally to combinations of machine parts for a movable connection with low friction and small play, and in particular to a motion transmission combination with a metal part and a polymer composite part, which can be connected with low friction and small play, and to methods for producing motion transmission combinations. An arrangement according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 20 are disclosed in US-A-3 081 644. It is also known from DE-A-2 101 262 to provide an impregnated porous sintered body which slides with respect to a polymer sleeve with, for example, a lubricant as filler. An anodized porous layer filled with PTFE is known from NL-A-6 805 392.
Weitere bekannte Verfahren zum Herstellen eng anliegender, reibungsarmer und verschleißarmer Maschinenteile umfassen die Schritte des Gießens eines selbstschmierenden Verbundmaterials an ein Gegenstück. Beispielsweise kann ein Achsiager durch Gießen eines ein Trockenschmiermittel wie Graphit aufweisenden Epoxids auf eine polierte Welle, die mit einer Trennzusammensetzung zum einfacheren Trennen der Teile nach dem Aushärten der Epoxid/Schmiermittel-Mischung beschichtet ist, hergestellt werden. Nach dem Aushärten des Epoxids zu einem harten Feststoff, kann das Lager von der Welle gelöst und mit einer Läppzusammensetzung bearbeitet werden, so daß es frei, jedoch mit sehr geringem Spiel auf der Welle läuft. Nachdem die Welle und das Lager von der Läppzusannnensetzung gereinigt sind, weist das sich ergebende Paar geringe Reibung und eine niedrige Verschleißrate aufOther known methods for producing tight-fitting, low-friction, low-wear machine parts include the steps of casting a self-lubricating composite material onto a mating part. For example, an axle bearing can be made by casting an epoxy containing a dry lubricant such as graphite onto a polished shaft coated with a release composition to facilitate separation of the parts after the epoxy/lubricant mixture has cured. After the epoxy has cured to a hard solid, the bearing can be removed from the shaft and machined with a lapping composition so that it runs freely on the shaft but with very little clearance. After the shaft and bearing are cleaned of the lapping composition, the resulting pair exhibits low friction and a low wear rate.
Die Reibung und der Verschleiß des Lagers können weiter verringert werden, indem, üblicherweise durch Sprühen und Ofentrocknen, eine Trockenschmiermittelbeschichtung auf die Welle aufgebracht wird. Ungeachtet der durch das Aufbringen der Trokkenschiniermittelbeschichtung auf die Welle erreichten verringerten Reibung und dem verringerten Verschleiß, gehen mit der Verwendung derselben erhebliche Nachteile einher. Wird die Trockenschmiermittelbeschichtung nach dem Läppvorgang aufgebracht, wird das Spiel zwischen den beiden zusammengefügten Teilen verändert. Die sich ergebende Passung ist entweder zu eng oder zu überlappend, um eine Toleranz für die Trockenschmiermittelbeschichtung nach deren Aufbringen zu erlauben. Wird die Trockenschmiermittelbeschichtung vor dem Läppschritt aufgebracht wird, wird der größte Teil der Beschichtung durch die abrasive Läppzusammensetuung abgetragen, so daß ihr reibungs- und verschleißverringemder Effekt reduziert oder zunichte gemacht wird.Bearing friction and wear can be further reduced by applying a dry lubricant coating to the shaft, usually by spraying and oven drying. Despite the reduced friction and wear achieved by applying the dry lubricant coating to the shaft, there are significant disadvantages associated with its use. If the dry lubricant coating is applied after the lapping operation, the clearance between the two mating parts is altered. The resulting fit is either too tight or too overlapping to allow for tolerance of the dry lubricant coating after its application. If the dry lubricant coating is applied before the lapping step, most of the coating is removed by the abrasive lapping composition, reducing or negating its friction and wear reducing effect.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bewegungsübertragungsanordnung mit einem Metallteil und einem polymeren Verbundteil vorgesehen, wobei das polymere Verbundteil in bewegbarem klemmendem Eingriff mit einem Oberflächenbereich des Metallteils angebracht ist, wobeiAccording to one aspect of the present invention, there is provided a motion transmission arrangement comprising a metal part and a polymeric composite part, wherein the polymeric composite part is mounted in movable clamping engagement with a surface area of the metal part, wherein
das Metallteil eine selbstschmierende Oberfläche mit einer ersten Selbstschmierungszusammensetzung aufweist,the metal part has a self-lubricating surface with a first self-lubricating composition,
das polymere Verbundteil ein selbstschmierendes Polymer-Verbundmaterial ist, welches ein wärmehärtbares, thermoplastisches oder ein wärmehartbares/thermoplastisches Polymer und eine zweite Selbstschmierungszusammensetzung aufweist, wobei das polymere Verbundteil in Kontakt mit der Oberfläche des Metallteils geformt, in situ gehärtet und in einem Metallgehäuse eingeschlossen ist, undthe polymeric composite part is a self-lubricating polymer composite material comprising a thermosetting thermoplastic or a thermosetting/thermoplastic polymer and a second self-lubricating composition, the polymeric composite part being molded in contact with the surface of the metal part, cured in situ and encased in a metal housing, and
wobei ein geringes Spiel zwischen dem Metallteil und dem polymeren Verbundteil besteht,where there is a small clearance between the metal part and the polymer composite part,
dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that
die selbstschmierende Oberfläche des Metallteils eine verschleißfeste selbstschmierende Oberfläche ist, die aus einer porösen Metalloxidschicht oder einer porösen elektrolysierten Metallschicht und der ersten selbstschmierenden Zusammensetzung besteht, die in die Poren des Metalloxids oder der elektrolysierten Metalischicht imprägniert ist.the self-lubricating surface of the metal part is a wear-resistant self-lubricating surface consisting of a porous metal oxide layer or a porous electrolyzed metal layer and the first self-lubricating composition impregnated into the pores of the metal oxide or electrolyzed metal layer.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit einem polymeren Verbundteil, das bewegbar mit einem Metallteil verbunden ist, vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aulweist:According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an assembly having a polymeric composite part movably connected to a metal part, the method comprising the following steps:
(a) Bereitstellen des Metallteils;(a) providing the metal part;
(b) Bereitstellen einer ersten Selbstschmierungszusammensetzung auf dem Metallteil zur Bildung einer selbstschmierenden Fläche;(b) providing a first self-lubricating composition on the metal part to form a self-lubricating surface;
(c) Bringen der selbstsclnnierenden Fläche des Metallteils in Berührung mit einer formbaren Mischung aus einem Polymer und einer zweiten Selbstschmierungszusammensetzung; und(c) bringing the self-lubricating surface of the metal part into contact with a moldable mixture of a polymer and a second self-lubricating composition; and
(d) Härten der formbaren Mischung zur Bildung des polymeren Verbundteils,(d) curing the moldable mixture to form the polymeric composite part,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Selbstschmierungszusammensetzung auf dem Metallteil aufgebracht wird, indem eine verschleißfeste, poröse Oberflächenschicht auf dem Metallteil erzeugt wird, und durch Imprägnieren der verschleißfesten, porösen Oberflächenschicht des Metallteils mit der ersten Selbstschmierungszusammensetzung, und daß das polymere Verbundteil an dem Metallteil geläppt wird, um ein vorbestimmtes geringes Spiel zwischen dem gegossenen polymeren Verbundteil und dem Metallteil zu erreichen.characterized in that the first self-lubricating composition is applied to the metal part by creating a wear-resistant, porous surface layer on the metal part and by impregnating the wear-resistant, porous surface layer of the metal part with the first self-lubricating composition, and that the polymeric composite part is lapped to the metal part to achieve a predetermined small clearance between the cast polymeric composite part and the metal part.
Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele schaffen Maschinenteile und Verfahren zum Ausbilden zusammenpassender Maschinenteile, die in Kombination miteinander eng aneinander anliegen, jedoch erheblich weniger empfindlich gegenüber Reibung und Verschleiß sind als bisher erhältliche Kombinationen von Maschinenteilen.Embodiments of the invention provide machine parts and methods for forming matching machine parts which, in combination with one another, closely lie against each other, but are considerably less sensitive to friction and wear than previously available combinations of machine parts.
Solche Ausführnngsbeispiele können Kombinationen von Maschinenteilen mit geringer Reibung, geringem Verschleiß und mit Selbstschmierung, beispielsweise Wellen/Drehlagerkombinationen, Wellen/Linearlagerkombinationen, Schrauben/Mutterkombinationen und dergleichen, und Verfahren zur Herstellung derselben vorsehen.Such embodiments may provide combinations of low friction, low wear and self-lubricating machine parts, such as shaft/pivot bearing combinations, shaft/linear bearing combinations, screw/nut combinations and the like, and methods for manufacturing the same.
Erfindungsgemäße Maschinenteilkombinationen können in einem weiten Bereich von Umgebungsbedingungen verwendet werden, sind hochgenau herstellbar und können bei kontinuierlichem, intensivem industriellem Gebrauch geringe Reibung und geringen Verschleiß aufweisen.Machine part combinations according to the invention can be used in a wide range of ambient conditions, can be manufactured with high precision and can have low friction and low wear in continuous, intensive industrial use.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Verdeutlichung der Ausführung derselben wird beispielhaft auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, welche zeigen:For a better understanding of the present invention and to clarify the implementation of the same, reference is made by way of example to the accompanying drawings, which show:
Figur 1 - einen Längsschnitt einer Metallschraube mit einer Aufspann- und Hülsen anordnung zur Darstellung eines ersten Schritts zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kombination aus Schraube und Mutter zur Bewegungsübertragung, wie nachfolgend im Beispiel 1 beschrieben.Figure 1 - a longitudinal section of a metal screw with a clamping and sleeve arrangement to illustrate a first step in producing a combination of screw and nut according to the invention for transmitting motion, as described below in Example 1.
Figur 2 - einen Längsschnitt der Schraube von Fig. 1 mit einer polymeren Verbund- Mutter- und Hülsenanordnung zur Darstellung eines zweiten Schritts zur Herstellung der Kombination aus Schraube und Mutter.Figure 2 - a longitudinal section of the screw of Figure 1 with a polymeric composite nut and sleeve assembly showing a second step in the manufacture of the screw and nut combination.
Figur 3 - einen entlang der Linie 3-3 in Fig. 4 vorgenommener Längsschnitt einer Metallschiene mit einer Gleiteinrichtung-Hülsen- und Aufspannanordnung zur Darstellung des ersten Schritts der Herstellung eines alternativen Ausfiilirtlngsbeispiels der Erfindung gemäß dem nachfolgend beschriebenen Beispiel 2.Figure 3 - a longitudinal section taken along line 3-3 in Figure 4 of a metal rail with a slider sleeve and clamping assembly for illustrating the first step in the manufacture of an alternative embodiment of the invention according to Example 2 described below.
Figur 4 - einen Querschnitt durch die Schiene und eine fertige Gleiteinrichtung mit einem polymeren Verbundteil entlang der Linie 4-4 in Fig. 3.Figure 4 - a cross-section through the rail and a finished sliding device with a polymer composite part taken along line 4-4 in Fig. 3.
Figur 5 - einen Längsschnitt durch eine runde Welle mit einer Buchsen- und Aufspannanordnung zur Darstellung eines ersten Schritts der Herstellung eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß der nachfolgenden Beschreibung des Beispiels 3.Figure 5 - a longitudinal section through a round shaft with a bushing and clamping arrangement to illustrate a first step in the manufacture of a second alternative embodiment of the invention according to the following description of Example 3.
Fig. 6 - einen Querschnitt der Welle und der fertigen Buchse mit einem polymeren Verbundteil entlang der Linie 6-6 von Fig. 5.Fig. 6 - a cross-section of the shaft and the finished bushing with a polymeric composite part taken along line 6-6 of Fig. 5.
Die zuvor beschriebenen Aufgaben werden durch die Bewegungsübertragungskombination der vorliegenden Erfindung gelöst, die ein polymeres Verbundteil, das zur bewegbaren Verbindung mit einem Metallteil geeignet ist, aufweist. Das Metallteil besteht aus wenigstens einem Metall, einer Metallegierung oder einer Metallmischung und hat eine verschleißfeste poröse Oberflächenschicht. Eine auf dem Metallteil aufgebrachte Beschichtung aus einer Selbstschmierungszusammensetzung imprägniert oder erstreckt sich in die Poren der porösen Oberflächenschicht. Das beschichtete Metallteil und das polymere Verbundteil arbeiten mit geringem Spiel.The above-described objects are achieved by the motion transmission combination of the present invention, which comprises a polymeric composite part suitable for movably connecting to a metal part. The metal part consists of at least one metal, a metal alloy or a metal mixture and has a wear-resistant porous surface layer. A coating of a self-lubricating composition applied to the metal part impregnates or extends into the pores of the porous surface layer. The coated metal part and the polymeric composite part operate with little play.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck "Bewegungsübertragung" auf eine Kombination Teilen, Elementen oder Einzelteilen, bei denen Bewegung durch ein Teil der Kombination übertragen wird, während das andere Teil vorrangig die räumliche Anordnung der Kombination währt. Zwar kann ein Teil einer erfindungsgemäßen Kombination absolut stationär sein, aber dennoch sind beide teile relativ zueinander in Bewegung und somit "bewegungsübertragend". Erfindungsgemäße Kombinationen sind auch solche, bei denen zwischen den Teilen Kräfte übertragen werden.In the context of the present invention, the term "motion transmission" refers to a combination of parts, elements or individual parts in which movement is transmitted by one part of the combination, while the other part primarily maintains the spatial arrangement of the combination. Although one part of a combination according to the invention can be absolutely stationary, both parts are nevertheless in motion relative to one another and thus "motion transmitting". Inventive Combinations are also those in which forces are transferred between the parts.
Die erfindungsgemäße bewegungsübertragungskombination kann an jedes physische Ausführungsbeispiel angepaßt werden, das einen oder mehrerer mechanische Kontakte aufweist, über die Bewegung und/oder Kraft durch oder zwischen den Teilen übertragen wird. Beispiele für bewegungsübertragende mechanische Kontakte sind Lager/Wellen-Kombinationen, einschließlich Gleitlager, wie Achsiager, und Rollkörperlager, wie Kugellager, Wälzlager und Nadellager; Kombinationen von mit Gewinde versehenen Befestigungs- und Verriegelungseinrichtungen, wie Schrauben und Muttern, Bolzen und Unterlegscheiben; Getriebe, wie eingreifende oder kämmende Stirnräder und Schnecken; Kupplungen, wie Reibungskupplungen mit zwei in Reibkontakt befindlichen gegenüberliegenden Flächen, axiale Kupplungen mit zu einer Welle senkrechten Scheiben und Platten, und Freilaufkupplungen, bei denen ein inneres und ein äußeres Element durch in einem Käfig laufende konzentrische Rollen miteinander verkeilt sind; Kettentriebe, wie Rollenketten, die aus einer Reihe von miteinander verbundenen Achslagern bestehen, die eine flexible Bahn bilden; Nockenmechanismen; lasttagende Schienen oder Gleise und Räder bewegter Fahrzeuge, wie Eisenbahnwagen oder automatische geführte Fahrzeugsysteme, die auf der Schiene oder dem Gleis fahren; und dergleichen.The motion transmitting combination of the invention can be adapted to any physical embodiment that has one or more mechanical contacts through which motion and/or force is transmitted through or between the parts. Examples of motion transmitting mechanical contacts are bearing/shaft combinations, including plain bearings such as journal bearings, and rolling element bearings such as ball bearings, roller bearings and needle bearings; combinations of threaded fastening and locking devices such as screws and nuts, bolts and washers; gears such as meshing or intermeshing spur gears and worms; clutches such as friction clutches with two opposing surfaces in frictional contact, axial clutches with discs and plates perpendicular to a shaft, and one-way clutches in which an inner and an outer member are keyed together by concentric rollers running in a cage; Chain drives such as roller chains consisting of a series of interconnected axle bearings forming a flexible track; cam mechanisms; load-bearing rails or tracks and wheels of moving vehicles such as railroad cars or automatic guided vehicle systems traveling on the rail or track; and the like.
Bei jedem dieser Ausfülrungsbeispiele bildet wenigstens eines der Teile der Bewegungsübertragungskombination das polymere Verbundteil, wenigstens ein anderes Teil bildet das Metallteil, und das polymere Verbundteil ist zum bewegbaren Verbinden mit dem Metallteil ausgebildet. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "zum bewegbaren Verbinden geeignet", daß ein Teil relativ zu einem anderen Teil bewegbar ist, wenn beide Teile miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Bewegungsübertragungskombination eine (absolut) stationäre Metallwelle und ein polymeres Verbundlager aufweisen, das um die Welle dreht. Alternativ können beide Teile bewegbar sein, wie bei zwei kämmenden Stirnrädem, oder das polymere Verbundteil kann (absolut) stationär und das Metallteil bewegbar sein, wie beispielsweise bei einer Kombination aus einem Metall-Kugellager und einem Gehäuse aus polymerem Verbundmaterial.In each of these embodiments, at least one of the parts of the motion transmission combination forms the polymer composite part, at least one other part forms the metal part, and the polymer composite part is designed to be movably connected to the metal part. In this context, the expression "suitable for movably connecting" means that one part is movable relative to another part when both parts are connected to one another. For example, a motion transmission combination according to the invention can have a (completely) stationary metal shaft and a polymer composite bearing that rotates about the shaft. Alternatively, both parts can be movable, as in the case of two meshing spur gears, or the polymer The composite part can be (absolutely) stationary and the metal part can be movable, such as in a combination of a metal ball bearing and a housing made of polymer composite material.
Das Metallteil der vorliegenden Kombination, das eine verschleißfeste, poröse Oberflächenschicht aufweist, die mit einer Selbstschmierungszusammensetzung beschichtet ist, berührt das polymere Verbundteil mit geringem Spiel. Die gesamte oder ein Teil der Gesamtoberfläche des Metallteils kann an dem polymeren Verbundteil anliegen, jedoch ist wenigstens derjenige Bereich der Metalloberfläche, der das polymere Verbundteil berührt, verschleißfest, porös und mit einer Selbstschmierungszusammensetzung imprägniert. "Imprägniert" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, daß die Selbstschmierungszusammensetzung sich in die Poren der porösen Oberflächenschicht des Metallteils erstreckt. Wie zuvor erwähnt, zeitigten mechanische Kontakte aus herkömmlichen Kombinationen von Maschinenteilen den Nachteil erheblicher Reibung und hohen Verschleißes, woraus sich nicht akzeptable Abweichungen von den vorgesehenen Abmessungen der maschinenteile ergaben. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "geringes Spiel", daß bei Anlage der imprägnierten verschleißfesten porösen Fläche des Metallteils an dem polymeren Verbundteil und bei Bewegung eines Teils oder beider Teile in bezug zum anderen oder zueinander, die von der erfindungsgemäßen Kombination gezeitigte Verschleißfestigkeit und Reibung derart sind, daß die Teile eng und dicht zusammenpassen, jedoch frei in bezug zueinander bewegbar sind. Vorzugsweise beträgt das Spiel zwischen dem Metallteil und dem polymeren Verbundteil zwischen ungefähr 2,5 um oder 0,0001 Inch und ungefähr 100 um oder 0,004 Inch, und höchst vorzugsweise zwischen ungefähr 5 um oder 0,0002 Inch und ungefähr 50 um oder 0,002 Inch.The metal part of the present combination, which has a wear-resistant, porous surface layer coated with a self-lubricating composition, contacts the polymeric composite part with little clearance. All or part of the total surface of the metal part may contact the polymeric composite part, but at least that portion of the metal surface contacting the polymeric composite part is wear-resistant, porous and impregnated with a self-lubricating composition. "Impregnated" in the present context means that the self-lubricating composition extends into the pores of the porous surface layer of the metal part. As previously mentioned, mechanical contacts of conventional combinations of machine parts have suffered from significant friction and high wear, resulting in unacceptable deviations from the intended dimensions of the machine parts. In the context of the present invention, the term "small clearance" means that when the impregnated wear resistant porous surface of the metal part is in contact with the polymeric composite part and when one or both parts move relative to the other or to each other, the wear resistance and friction provided by the inventive combination are such that the parts fit snugly and tightly together, but are freely movable relative to each other. Preferably, the clearance between the metal part and the polymeric composite part is between about 2.5 µm or 0.0001 inch and about 100 µm or 0.004 inch, and most preferably between about 5 µm or 0.0002 inch and about 50 µm or 0.002 inch.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf zweiteilige Kombinationen begrenzt, sondern umfaßt auch bewegungsübertragungskombinationen mit mehreren polymeren Verbundteilen und einem einzelnen Metallteil, einem einzelnen Verbundteil und mehreren Metallteilen oder mehreren polymeren Verbundteilen und mehreren Metallteilen. Bei einer typischen Kugellageranwendung sind beispielsweise mehrere Rollkörper oder Kugeln gleichmäßig beabstandet in einem kreisrunden Kanal oder einer Spur angeordnet, die durch zwei Ringe oder Käfigteile gebildet ist. Wird eine Last auf das Lager aufgebracht, wird die Last über den Laufring ungleichmäßig auf einige oder sämtliche Rollkörper verteilt. Die vorliegende Erfindung sieht ferner keinerlei Beschränkung hinsichtlich der Tatsache vor, welches Teil oder welche Teile die Bewegung an ein oder mehrere andere Teile weiterleiten. Zwar wird üblicherweise Kraft vom Metallteil auf das polymere Verbundteil übertragen, jedoch kann auch Kraft vom polymeren Verbundteil auf das Metallteil übertragen werden.The present invention is not limited to two-part combinations, but also includes motion transmission combinations with multiple polymer composite parts and a single metal part, a single composite part and multiple metal parts, or multiple polymer composite parts and multiple metal parts. For example, in a typical ball bearing application, a plurality of rolling elements or balls are evenly spaced in a circular channel or track formed by two rings or cage members. When a load is applied to the bearing, the load is distributed unevenly across the race to some or all of the rolling elements. The present invention also places no restrictions on which part or parts transmit motion to one or more other parts. Although power is usually transmitted from the metal part to the polymer composite part, power can also be transmitted from the polymer composite part to the metal part.
Wenigstens ein Teil der vorliegenden Kraftübertragungskombination besteht aus einem selbstschmierenden polymeren verbundmaterial. Vorzugsweise weist das Verbundmaterial eine im wesentlichen homogene Mischung aus einem Polymer und einer Selbstschmierungszusarnmensetzung auf.At least a portion of the present power transmission combination is comprised of a self-lubricating polymeric composite material. Preferably, the composite material comprises a substantially homogeneous mixture of a polymer and a self-lubricating composition.
Das Polymer des selbstschmierenden polymeren verbundmaterials kann ein beliebiges organisches Polymer sein, das eine im wesentlichen gleichmäßige Mischung mit der Selbstschmierungszusammensetzung bildet. Geeignete Polymere sind, sobald sie gegossen und ausgehärtet sind, im wesentlichen nicht schmelzbar und nicht lösbar, oder werden durch Aufbringen von Wärme bei üblichen, im Rahmen industrieller Verwendung auftretenden Betriebstemperaturen von bis zu 315º C (600º F) im wesentlichen nicht in irgendeiner Weise geschmolzen, umgeformt, aufgelöst oder verformt. Die für das erfindungsgemäße Verbundmaterial geeigneten Ausgangspolymermaterialien können fest, wie Pulver, Granulate, vorgeformte Materielien, wie Pillen, Tabletten, Kuchen oder vorgeformte Teile sein; es kann sich um Massen-Formzusammensetzungen handeln, wie Vormischungen, Gel, Kitt, Teig, oder Schlamm; oder es können Bahn-Formzusammensetzungen sein, wie Spritz- oder Formmatten. Alternativ können die Ausgangspolymermaterialien ein Fluid, ein Semi-Fluid oder eine Flüssigkeit sein, wie im Falle eines flüssigen Harzes.The polymer of the self-lubricating polymeric composite material can be any organic polymer which forms a substantially uniform mixture with the self-lubricating composition. Suitable polymers are essentially infusible and insoluble once cast and cured, or are not substantially melted, reshaped, dissolved or deformed in any way by the application of heat at normal operating temperatures encountered in industrial use up to 315°C (600°F). The starting polymer materials suitable for the composite material of the invention can be solid such as powders, granules, preformed materials such as pills, tablets, cakes or preformed parts; they can be bulk molding compositions such as premixes, gel, putty, dough or slurry; or they can be sheet molding compositions such as spray or molded mats. Alternatively, the starting polymer materials can be a fluid, a semi-fluid or a liquid, as in the case of a liquid resin.
Die Polymereigenschafien können je nach Wunsch gewählt werden, um Eigenschaften wie Plastizität, Flexibilität, Festigkeit, Steifigkeit, hohe oder geringe Dichte, Temperaturbeständigkeit, Elastizität, Verformbarkeit, Haftfähigkeit, Klebrigkeit, polymeres Bonden, Kristallinität oder Nicht-Kristallinität, und/oder hohes oder geringes Molekulargewicht zu erreichen. Bevorzugte Werte für diese Eigenschaften sind:The polymer properties can be selected as desired to achieve properties such as plasticity, flexibility, strength, stiffness, high or low density, temperature resistance, elasticity, deformability, adhesion, tackiness, polymeric bonding, crystallinity or non-crystallinity, and/or high or low molecular weight. Preferred values for these properties are:
Zugfestigkeit größer als ungefähr 28 MPa (4000 PSI)Tensile strength greater than approximately 28 MPa (4000 PSI)
Zugmodul größer als ungefähr 5500 MPa (3x10&sup5; PSI)Tensile modulus greater than approximately 5500 MPa (3x10&sup5; PSI)
Biegefestigkeit größer als ungefähr 55 MPa (3000 PSI)Flexural strength greater than approximately 55 MPa (3000 PSI)
Biegemodul größer als ungefähr 4800 MPa (7x10&sup5; PSI)Flexural modulus greater than approximately 4800 MPa (7x10&sup5; PSI)
Druckfestigkeit größer als ungefähr 90 MPa (13000 PSI)Compressive strength greater than approximately 90 MPa (13000 PSI)
Schlagfestigkeit größer als ungefähr 0,026 J/mm (0,5 ft-lb/in)Impact strength greater than approximately 0.026 J/mm (0.5 ft-lb/in)
Rockwell-Härte größer als ungefähr E 60.Rockwell hardness greater than approximately E 60.
Die Polymere mit einer oder einer geeignet zusammengestellten Anzahl dieser Eigenschaften und die Verfahren zu deren Herstellung sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Polymere bekannt.The polymers having one or a suitably combined number of these properties and the processes for their preparation are known to the person skilled in the art of polymers.
Generell handelt es sich bei den für die vorliegende Erfindung geeigneten Polymeren unter anderem um warmehärtende Polymere oder Polymere, die sowohl wärmehärtende als auch thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Geeignete wärmehärtende Polymere sind unter anderem kreuz-vemetzte oder Netz-Polymere, wie Epoxidharze, zum Beispiel Bisphenol-A-Epoxidharze; Allylester, wie die aus den Monomeren Diallyl- Phthalat (DAP), Diallyl-Isophthalat (DAIP) und Ally-Diglycol-Carbonat gebildeten; Amino-Polymere, wie Urea-Formaldehyd (UF) und Melamin-Formaldehyd (MF); Phenole oder Phenol-Formaldehyd(PF)-Polymere; Polyester, einschließlich Netz- Polyester, wie Alkyde; Polyimide; Cyanoacrylate; Polyurethane; Silikone, wie Silikonharze; und Mischungen aus diesen. Eine allgemeine Erörterung wärmehärtender Polymere sei auf T. Richardson, Composites: A Design Guide, 65-81 (Industrial Press, Inc., 1987) verwiesen. Gieß-Epoxidharze, die als technische Materialien für mechanische Ausbildungen geeignet sind, sind von J. M. Wilson, "Cast Epoxies Replace Metals in Mechanical Designs", Materials Enigineering (April 1983) beschrieben. Verschiedene im Handel erhältliche Epoxide sind in "Materials of Construction: Current Literatue", Chemical Engineering, 69-83, (24. Oktober 1988) beschrieben.Generally, polymers suitable for the present invention include, but are not limited to, thermosetting polymers or polymers having both thermosetting and thermoplastic properties. Suitable thermosetting polymers include, but are not limited to, cross-linked or network polymers such as epoxy resins, for example bisphenol A epoxy resins; allyl esters such as those formed from the monomers diallyl phthalate (DAP), diallyl isophthalate (DAIP) and allyl diglycol carbonate; amino polymers such as urea formaldehyde (UF) and melamine formaldehyde (MF); phenols or phenol formaldehyde (PF) polymers; polyesters, including network polyesters such as alkyds; polyimides; cyanoacrylates; polyurethanes; silicones such as silicone resins; and blends thereof. For a general discussion of thermosetting polymers, see T. Richardson, Composites: A Design Guide, 65-81 (Industrial Press, Inc., 1987). Casting epoxies suitable as engineering materials for mechanical designs are described by J. M. Wilson, "Cast Epoxies Replace Metals in Mechanical Designs," Materials Engineering (April 1983). Various commercially available epoxies are described in "Materials of Construction: Current Literature," Chemical Engineering, 69-83, (October 24, 1988).
Thermoplastische und lineare Kunststoffe, die bei Temperaturen, die beim Gebrauch der erfindungsgemäßen Bewegungsübertragungskombination nicht in nennenswertem Maß weich werden, können für die vorliegende Erfindung ebenfalls geeignet sein, beispielsweise Polystyrol, Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polyethylenterephthalat. Polymere, die als sowohl wärmehärtend, als auch thermoplastisch bezeichnet werden können, können für die vorliegende Erfindung ebenfalls geeignet sein. Beispielsweise sind modifizierte Polyethylen- und Polyvinylchloridpolymere mit kreuz-vemetzten Molekülen erhältlich, die unter Belastung und hohen Temperaturen eine verbesserte dimensionale Stabilität aufweisen. Hierzu sei beispielsweise auf A.Rudin, The Elements of Polymer Science and Engineering, 23-24 (1982) verwiesen.Thermoplastics and linear plastics that do not soften to any significant degree at temperatures that are used in the motion transfer combination of the invention may also be suitable for the present invention, for example polystyrene, polyethylene, polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate. Polymers that can be described as both thermosetting and thermoplastic may also be suitable for the present invention. For example, modified polyethylene and polyvinyl chloride polymers with cross-linked molecules are available that have improved dimensional stability under load and at high temperatures. For example, see A. Rudin, The Elements of Polymer Science and Engineering, 23-24 (1982).
Die Menge an Polymer in dem erfindungsgemäßen selbstschmierenden polymeren Verbundmaterial kann, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundmaterials, von ungefähr 30 Gewichtsprozent bis ungefähr 99 Gewichtsprozent betragen, und beträgt vorzugsweise ungefähr 70-80 Gewichtsprozent.The amount of polymer in the self-lubricating polymeric composite material of the present invention can range from about 30 weight percent to about 99 weight percent based on the total weight of the composite material, and is preferably about 70-80 weight percent.
Selbstschmierungszusammensetzungen, die zur Verwendung in der polymeren Selbstschmierungszusammensetzung der Erfindung geeignet sind, sind solche, die in der Lage sind, eine im wesentlichen gleichmäßige Mischung mit dem Polymer zu bilden. Diese Selbstschmierungszusammensetzungen können feste Schmiermittel wie Graphit, Molybdan-Disulfid (MoS&sub2;) und Wolfram-Disulfid (WS&sub2;) sein, die wegen ihre lamellaren Struktur, die aus lose verbundenen Schichten, die durch schwache intermolekulare Kräfte zusammengehalten sind, eine geringer Scherfestigkeit und einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen. Geeignete Selbstschmierungszusammensetzungen können ebenfalls eingelagerte Feststoffe, beispielsweise Einlagerungszusammensetzungen aus Graphit oder Dichalcogenide, oder Oxide wie Silberoxid, Bleioxid, Kadmiumoxid oder Zinkoxid aufweisen. Alternativ können die Selbstschmierungszusammensetzungen ein Kunststoffschmiermittel aufweisen, wie Perhaloolefin, vorzugsweise ein Perfluorolefin, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), das unter den Warennamen Teflon , Fluon und Fluoroflex erhältlich ist, oder es kann ein ähnliches nichtklebriges Material verwendet werden. Die erfindungsgemäße Selbstschmierungszusammensetzung kann ferner einen geeigneten Träger, einen Zuschlagstoff, einen Füllstoff und dergleichen aufweisen.Self-lubricating compositions suitable for use in the polymeric self-lubricating composition of the invention are those capable of forming a substantially uniform mixture with the polymer. These self-lubricating compositions may be solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfide (MoS₂) and tungsten disulfide (WS₂) which are suitable for use in the polymeric self-lubricating composition of the invention because of their lamellar structure consisting of loosely bonded layers held together by weak intermolecular forces, have a low shear strength and a low coefficient of friction. Suitable self-lubricating compositions may also comprise intercalated solids, for example intercalating compositions of graphite or dichalcogenides, or oxides such as silver oxide, lead oxide, cadmium oxide or zinc oxide. Alternatively, the self-lubricating compositions may comprise a plastic lubricant such as a perhaloolefin, preferably a perfluoroolefin, for example polytetrafluoroethylene (PTFE) available under the trade names Teflon, Fluon and Fluoroflex, or a similar non-sticky material may be used. The self-lubricating composition of the invention may further comprise a suitable carrier, an additive, a filler and the like.
Die Menge der Selbstschmierungszusammensetzung in dem erfindungsgemaßen selbstschmierenden polymeren Verbundmaterial kann, basierend auf dem Gesamtgewicht des Verbundmaterials, zwischen ungefähr 1 und ungefähr 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise ungefähr zwischen 20 und ungefähr 30 Gewichtsprozent, betragen.The amount of self-lubricating composition in the self-lubricating polymeric composite material of the invention can be between about 1 and about 70 weight percent, preferably between about 20 and about 30 weight percent, based on the total weight of the composite material.
Geeignete im Handel erhältliche und geeignete Zusammensetzungen von selbstschmierenden polymeren Verbundmaterialien sind unter anderem SKC 3, ein Epoxidmaterial der Gleitbelag-Technik GmbH, Deutschland; Moglice P500, ein anderes Epoxidmaterial von Diamant MetallPlastic GmbH, Deutschland; Super Alloy-Black 1500 LF, ebenfalls ein Epoxidmaterial von ITW Philadelphia Resins Corporation, Montgomeryville, Pennsylvania; und INTERCAL EP 28, EP 66 und EP 49, die eingelagerte Graphitmaterialien sind, welche sämtlich von Intercal, Port Huron, Michigan, erhältlich sind. Die INTERCAL -Prodükte sind Verbundmaterialien mit organischer Matrix, die mit eingelagertem Graphit verstärkt sind. Die Herstellung dieser Produkte ist in US-A-4 414 142 beschrieben.Suitable commercially available and suitable compositions of self-lubricating polymeric composite materials include SKC 3, an epoxy material from Gleitbelag-Technik GmbH, Germany; Moglice P500, another epoxy material from Diamant MetallPlastic GmbH, Germany; Super Alloy-Black 1500 LF, also an epoxy material from ITW Philadelphia Resins Corporation, Montgomeryville, Pennsylvania; and INTERCAL EP 28, EP 66 and EP 49, which are embedded graphite materials, all available from Intercal, Port Huron, Michigan. The INTERCAL products are organic matrix composite materials reinforced with embedded graphite. The manufacture of these products is described in US-A-4,414,142.
Die erfindungsgemaße bewegungsübertragungskombination weist ferner wenigstens ein Metallteil auf. Das Metallteil kann aus jedem Material oder jeder Legierung bestehen, dessen bzw. deren Festigkeit ausreicht, den bei der gegebenen Anwendung auftretenden Bewegungen und/oder Kräften zu wiederstehen und diese zu übertragen. Geeignete Metalle sind generell Aluminium, Chrom, Kupfer, Eisen, Titan, Nickel, Wolfram, Vanadium, Zink, Zirkonium, oder Legierungen oder Mischungen derselben. Spezifisch ausgewählte Metalle der genannten Liste können nur zur Verwendung in Legierungen oder Mischungen geeignet sein. Bevorzugte Legierungen sind Stähle und Aluminiumlegierungen. Für die vorliegende Erfindung geeignete Metallmischungen können nicht-metallische Materialien wie Kohlenstoff enthalten.The motion transmission combination according to the invention further comprises at least one metal part. The metal part can consist of any material or alloy whose strength is sufficient to withstand and transmit the movements and/or forces occurring in the given application. Suitable metals are generally aluminum, chromium, copper, iron, titanium, nickel, tungsten, vanadium, zinc, zirconium, or alloys or mixtures thereof. Specifically selected metals from the above list can only be suitable for use in alloys or mixtures. Preferred alloys are steels and aluminum alloys. Metal mixtures suitable for the present invention can contain non-metallic materials such as carbon.
Das Metall, die Metallegierung oder die Metallmischung kann nach Belieben gewählt werden, um Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Streckfestigkeit, Zugfestigkeit, Längung, Härte, Hämmerbarkeit, Dichte, spezifisches Gewicht, Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Widerstand, Zug-Elastizitätsmodul und Formbarkeit zu erreichen. Die geeigneten Metalle, Metallegierungen oder Metallmischungen mit einer oder einer geeigneten Mischung der genannten Eigenschaften sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Metallkunde bekannt. Die Wahl der Werte für diese Eigenschaften hängt von der jeweiligen spezifischen Anwendung ab. Unter üblichen Anforderungen für das Übertragen mechanischer Bewegung oder Kraft sind Beispiele für solche Werte:The metal, metal alloy or metal mixture can be chosen at will to achieve properties such as corrosion resistance, yield strength, tensile strength, elongation, hardness, malleability, density, specific gravity, melting point, thermal conductivity, electrical resistance, tensile modulus of elasticity and formability. The suitable metals, metal alloys or metal mixtures with one or a suitable mixture of the above properties are known to those skilled in the art of metallurgy. The choice of values for these properties depends on the specific application. Under common requirements for transmitting mechanical movement or force, examples of such values are:
Biegefestigkeit 55-275 MPa (8000 - 40000 PSI)Flexural strength 55-275 MPa (8000 - 40000 PSI)
Zugfestigkeit 210-1035 MPa (30000 - 150000 PSI)Tensile strength 210-1035 MPa (30000 - 150000 PSI)
Druckfestigkeit 275-1380 MPa (40000 - 200000 PSI)Compressive strength 275-1380 MPa (40000 - 200000 PSI)
Schlagfestigkeit 13,6 - 32 J (10-150 ft-lbs) (gemessen nach dem Charpy V-Kerben-Test)Impact strength 13.6 - 32 J (10-150 ft-lbs) (measured using the Charpy V-notch test)
Härte Rockwell H 50-C60Hardness Rockwell H 50-C60
Die Oberfläche des erfindungsgemäßen Metallteus ist porös. In diesem Zusammenhang bedeutet das Wort "porös", daß die Oberflächenschicht auf dem Metall eine ausreichende Porenstruktur oder Porosität aufweist, um ein Eindringen einer wirksamen Menge einer auf die Oberfläche des Metalls aufgebrachten Selbstschmierungszusammensetzung zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt der Porositätsprozentsatz der Oberflächenschicht des Metallteils vor dem Imprägnieren zwischen ungefähr 1 und ungefähr 35 Volumenprozent, höchst vorzugsweise zwischen ungefähr 10 und ungefähr 15 Volumenprozent.The surface of the metal part according to the invention is porous. In this context, the word "porous" means that the surface layer on the metal has sufficient porous structure or porosity to permit penetration of an effective amount of a self-lubricating composition applied to the surface of the metal. Preferably, the porosity percentage of the surface layer of the metal part prior to impregnation is between about 1 and about 35 volume percent, most preferably between about 10 and about 15 volume percent.
Die poröse Oberflächenschicht des erfmdungsgemäßen Metallteils ist ferner verschleißfest. Verschleißfestigkeit kann ein inhärentes Merkmal des Metalls, der Metallegierung oder der Metallmischung, die zur Bildung des Metallteils dienen, sein, oder sie kann auf jede bekannte Art künstlich erzeugt werden, beispielsweise durch Eloxieren oder durch Aufbringen einer externen autokatalytischen Beschichtung. Es sei hierzu auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Herstellung der verschleißfesten porösen Schicht im Zusammenhang mit der Beschreibung des Verfahrens verwiesen.The porous surface layer of the metal part according to the invention is also wear-resistant. Wear resistance can be an inherent feature of the metal, metal alloy or metal mixture used to form the metal part, or it can be artificially created in any known way, for example by anodizing or by applying an external autocatalytic coating. In this regard, reference is made to the following detailed description of the production of the wear-resistant porous layer in connection with the description of the method.
Auf die verschleißfeste poröse Oberflächenschicht des Metallteils der erfindungsgemäßen Bewegungsübertragungskombination wird eine Selbstschmierungszusammensetzung aufgebracht, um über die durch die Natur der Metalloberfläche vor dem Aufbringen der Beschichtung vorhandene Verschleißfestigkeit hinaus verringerte Reibung und Abrieb- und Verschleißfestigkeit zu schaffen. Jede der zuvor in Zusammenhang mit dem selbstschmierenden polymeren Verbundteil als geeignet beschriebenen Selbstschmierungszusammensetzungen kann auch als Selbstschmierungszusammensetzung der Beschichtung des Metallteils verwendet werden.A self-lubricating composition is applied to the wear-resistant porous surface layer of the metal part of the motion transmission combination of the invention to provide reduced friction and abrasion and wear resistance beyond the wear resistance inherent in the nature of the metal surface prior to application of the coating. Any of the self-lubricating compositions previously described as suitable in connection with the self-lubricating polymeric composite part can also be used as the self-lubricating composition of the coating of the metal part.
Eine bevorzugte Ausbildung des beschichteten Metallteils ergibt sich aus dem Imprägnieren oder dem Eindringen Selbstschmierungszusammensetzungsbeschichtung in die Poren der Oberfläche des Metallteils. Auf diese Weise kann eine geeignete Verbindung zwischen der Metallfläche und der Beschichtung erreich werden.A preferred formation of the coated metal part results from impregnating or penetrating the self-lubricating composition coating into the pores of the surface of the metal part. In this way, a suitable bond between the metal surface and the coating can be achieved.
Die eine Selbstschmierungszusammensetzung aufweisende Beschichtung kann ein Fluorpolymit-Telomer-Pulver sein. Mein geeignetes, im Handelerhältliches Spray dieses Pulvers ist GP 1589, vertrieben durch Acheson Colloids Co., Port Huron, Michigan.The coating having a self-lubricating composition may be a fluoropolymite telomer powder. My suitable commercially available spray of this powder is GP 1589, sold by Acheson Colloids Co., Port Huron, Michigan.
Die eine Selbstschmierungszusammensetzung aufweisende Beschichtung kann eine der im Handel erhältlichen "synergistischen" Beschichtungen wie Tufram , vertrieben durch General Magnaplate Corporation, Linden, New Jersey, sein. Eine synergistische Beschichtung kann als eine Beschichtung definiert werden, bei der das basismetall, die dazwischen liegende Verbindungsschicht und das eingebrachte oder imprägnierte Polymer ein einstückiges Material werden, das Eigenschaften aufweist, die von denjenigen der ursprünglichen Bestandteile verschieden sind. Die Produktbroschüre "Tufram: The Synergistic Coating for Improving Corrosion Resistance, Hardness and Lubricity of Aluminum", General Magnaplate Corp.; der Artikel "Tough, Slick Hide Expands Markets for Aluminum Parts", Modern Metals, 46 (Mai 1976), und der Artikel "A Coating that Makes Aluminum Hard and Corrosion/Erosion Resistant", Manufacturing Engineering. 56 (August 1977), offenbaren, daß eine Beschichtung aus Tufram auf Aluminium ein imprägnierendes Eindringen von Tetrafluorethylen (TFE) in die Aluminiumoberfläche bewirkt, die vor dem Beschichten eloxiert werden kann oder nicht. Die Beschichtung schafft vorzugsweise erhöhte Verschleißfestigkeit und permanente Trockenschmierung. Eine andere im Handel erhältliche synergistische Beschichtung ist Lectrofluor, ebenfalls von General Magnaplate Corporation entwikkelt, das das Halar Fluorpolymer von Allied Chemical in Eisen- und Nicht-Eisenmetalle einbringt. Das Lectrofluor-Produkt ist in der Produktbroschüre "Synergistisc Times", General Magnaplate Corporation; und in "New Sysnergistic Fluoropolymer Coating for Metal", Chemical Equipment, 36 (Februar 1965) beschrieben. Eine dritte synergistische Beschichtung ist im Handel unter der Handelsbezeichnung NEDOX von General Magnaplate erhältlich, und ist in "Magnaplate News", Magnaplate Corp. (1978) beschrieben. Das Produkt Hardlube, erhältlich von Pioneer-Norelkote, Green Bay, Wisconsin, ist eine andere Beschichtung, die zum Eloxieren von Aluminium und zum Behandeln mit Polytetrafluorethylen (PTFE) geeignet ist, um das behandelte Teil mit der gewünschten Reibung, Verschleiß- und Abriebfestigkeit zu versehen.The coating having a self-lubricating composition may be one of the commercially available "synergistic" coatings such as Tufram®, sold by General Magnaplate Corporation, Linden, New Jersey. A synergistic coating may be defined as a coating in which the base metal, the intermediate bond layer, and the incorporated or impregnated polymer become an integral material having properties different from those of the original components. The product brochure "Tufram: The Synergistic Coating for Improving Corrosion Resistance, Hardness and Lubricity of Aluminum," General Magnaplate Corp.; the article "Tough, Slick Hide Expands Markets for Aluminum Parts," Modern Metals, 46 (May 1976), and the article "A Coating that Makes Aluminum Hard and Corrosion/Erosion Resistant," Manufacturing Engineering. 56 (August 1977), disclose that a coating of Tufram on aluminum provides an impregnating penetration of tetrafluoroethylene (TFE) into the aluminum surface, which may or may not be anodized prior to coating. The coating preferably provides increased wear resistance and permanent dry lubrication. Another commercially available synergistic coating is Lectrofluor, also developed by General Magnaplate Corporation, which incorporates Allied Chemical's Halar fluoropolymer into ferrous and nonferrous metals. The Lectrofluor product is described in the product brochure "Synergistic Times," General Magnaplate Corporation; and in "New Synergistic Fluoropolymer Coating for Metal," Chemical Equipment, 36 (February 1965). A third synergistic coating is commercially available under the trade designation NEDOX from General Magnaplate, and is described in "Magnaplate News," Magnaplate Corp. (1978). The product Hardlube, available from Pioneer-Norelkote, Green Bay, Wisconsin, is another coating used for anodizing aluminum and suitable for treatment with polytetrafluoroethylene (PTFE) in order to provide the treated part with the desired friction, wear and abrasion resistance.
Die vorliegende Erfindung betrifit ferner Verfahren zur Herstellung einer Bewegungsübertragungskombination mit einem polymeren Verbundteil zur bewegbaren Verbindung mit einem Metallteil.The present invention further relates to methods for producing a motion transmission combination with a polymer composite part for movable connection to a metal part.
Als erster Schritt des Verfahrens wird ein Metallteil mit einer verschleißfesten porösen Oberfläche bereitgestellt. Diese Art von Oberfläche kann dem Metallteil inhärent sein. Falls nicht, kann eine solche Oberfläche durch Eloxieren der Oberfläche des Metallteils hergestellt werden. Eloxieren, ein im Bereich der Oberflächenbehandlung von Metallen bekanntes Verfahren, umfaßt das Eintauchen des Metallteils in ein Elektrolytbad, beispielsweise eine 50%ige Schwefelsäurelösung, und das Leiten von elektrischem Strom durch das Bad. Das zu eloxierende Metallteil bildet den positiven Anschluß. Die Stromdichte beträgt vorzugsweise ungefähr 270 Amp/m² (25 Amp/ft²) und die Zeitdauer des Eintauchens beträgt vorzugsweise wenigstens ungefähr 1 Stunde.As a first step of the process, a metal part is provided with a wear-resistant porous surface. This type of surface may be inherent in the metal part. If not, such a surface may be produced by anodizing the surface of the metal part. Anodizing, a process well known in the field of surface treatment of metals, involves immersing the metal part in an electrolytic bath, such as a 50% sulfuric acid solution, and passing an electric current through the bath. The metal part to be anodized forms the positive terminal. The current density is preferably about 270 amps/m² (25 amps/ft²) and the immersion time is preferably at least about 1 hour.
Eloxieren ist ferner ein Verfahren zum Erhalten einer Oxidfläche auf einem Metallteil gemäß dem vorliegenden Verfahren. Beispielsweise kann ein Aluminiumteil zur Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Teils eloxiert werden Diese Schicht weist eine verschleißfeste, poröse Struktur auf, die zum Imprägnieren mit einer zuvor beschriebenen Selbstschmierungszusammensetzung geeignet ist.Anodizing is also a method of obtaining an oxide surface on a metal part according to the present method. For example, an aluminum part can be anodized to form an oxide layer on the surface of the part. This layer has a wear-resistant, porous structure suitable for impregnation with a self-lubricating composition as described above.
Alternativ kann die verschleißfeste poröse Oberflächenschicht auf dem Metallteil durch Aufbringen einer elektrolytischen Schicht aus Nickel oder Chrom hergestellt werden. Chrom ist in dieser Hinsicht wegen seiner Härte besonders geeignet. Alternativ kann eine poröse Zinkphosphatschicht mit der Metalloberfläche verbondet werden.Alternatively, the wear-resistant porous surface layer on the metal part can be produced by applying an electrolytic layer of nickel or chromium. Chromium is particularly suitable in this respect because of its hardness. Alternatively, a porous zinc phosphate layer can be bonded to the metal surface.
Die verschleißfeste poröse Oberflächenschicht des Metallteils kann auch durch geeignete Auswahl von Metallen, aus denen das Teil gebildet werden soll, erfolgen. Beispielsweise sind gesinterte Metallpulver mit einer Porosität von 1-35 Prozent bekannt und zur Bildung einer porösen Oberfläche geeignet.The wear-resistant porous surface layer of the metal part can also be achieved by appropriate selection of metals from which the part is to be formed. For example, sintered metal powders with a porosity of 1-35 percent are known and suitable for forming a porous surface.
Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt das Imprägnieren der porösen Oberfläche des Metallteils mit einer Selbstschmierungszusammensetzung. Selbstschmierungszusammensetzungen, die zur Verwendung in der polymeren Selbstschmierungszusammensetzung der Erfindung geeignet sind, sind solche, die in der Lage sind, eine im wesentlichen gleichmäßige Mischung mit dem Polymer zu bilden. Diese Selbstschmierungszusammensetzungen können feste Schmiermittel wie Graphit, Molybdän-Disulfid (MoS&sub2;) und Wolfram-Disulfid (WS&sub2;) sein, die wegen ihrer lamellaren Struktur, die aus lose verbundenen Schichten besteht, die durch schwache intermolekulare Kräfte zusammengehalten sind, eine geringe Scherfestigkeit und einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen. Geeignete Selbstschmierungszusammensetzungen können ebenfalls eingelagerte Feststoffe, beispielsweise Einlagerunsgzusammensetzungen aus Graphit oder Dichalcogenide, oder Oxide wie Silberoxid, Bleioxid, Kadmiumoxid oder Zinkoxid aufweisen. Alternativ können die Selbstschmierungszusammensetzungen ein Kunststoffschmiermittel aufweisen, wie Perhaloolefin, vorzugsweise ein Perfluorolefin, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), das unter den Warennamen Teflon , Fluon und Fluoroflex erhältlich ist, oder es kann ein ähnliches nicht-klebriges Material verwendet werden. Die erfindungsgemäße Selbstschmierungszusammensetzung kann ferner einen geeigneten Träger, einen Zuschlagstoff, einen Füllstoff und dergleichen aufweisen.The next step of the process of the invention involves impregnating the porous surface of the metal part with a self-lubricating composition. Self-lubricating compositions suitable for use in the polymeric self-lubricating composition of the invention are those capable of forming a substantially uniform mixture with the polymer. These self-lubricating compositions may be solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfide (MoS2) and tungsten disulfide (WS2) which have low shear strength and a low coefficient of friction due to their lamellar structure consisting of loosely bonded layers held together by weak intermolecular forces. Suitable self-lubricating compositions may also comprise intercalated solids, for example intercalated compositions of graphite or dichalcogenides, or oxides such as silver oxide, lead oxide, cadmium oxide or zinc oxide. Alternatively, the self-lubricating compositions may comprise a plastic lubricant such as a perhaloolefin, preferably a perfluoroolefin, for example polytetrafluoroethylene (PTFE) available under the trade names Teflon, Fluon and Fluoroflex, or a similar non-sticky material may be used. The self-lubricating composition of the invention may further comprise a suitable carrier, an additive, a filler and the like.
Die Selbstschmierungszusammensetzungsbeschichtung kann auf jede Weise aufgebracht werden, die gewährleistet, daß die Selbstschmierungszusammensetzung in die Poren der porösen Oberfläche des Metallteils hinein imprägniert wird oder sich in diese erstreckt. Beispielsweise kann die Beschichtung auf die Oberflächenschicht aufgesprüht oder mit einer Bürste oder Walze aufgebracht werden, oder das Metallteil kann in einen Tank oder Behälter mit der Selbstschmierungszusammensetznng eingetaucht werden. Nach dem Aufbringen der Selbstschmierungszusammensetzung sollte das beschichtete Metallteil über einen Zeitraum stehenbleiben, der ausreicht, die Beschichtung in den Poren der porösen Oberflächenschicht des Metallteils trocknen oder härten zu lassen, worauf ein Ofentrocknen bei wenigstens 93-149º C (200-300ºF) für wenigstens ungefähr eine Stunde zum Aushärten der Beschichtung erfolgt.The self-lubricating composition coating may be applied in any manner that ensures that the self-lubricating composition is impregnated into or extends into the pores of the porous surface of the metal part. For example, the coating may be sprayed onto the surface layer or applied with a brush or roller, or the metal part may be tank or container containing the self-lubricating composition. After application of the self-lubricating composition, the coated metal part should be allowed to stand for a period of time sufficient to allow the coating to dry or cure in the pores of the porous surface layer of the metal part, followed by oven drying at at least 93-149º C (200-300º F) for at least about one hour to cure the coating.
Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus dem Aufbringen einer formbaren Mischung aus einem Polymer und einer Selbstschmierungszusammensetzung auf die imprägnierte Oberfläche des Metallteils, und aus dem Härten des resultierenden Verbundmaterials zur Bildung des polymeren Verbundteils. In diesem Zusammenhang bedeutet "formbare Mischung" jede Fluid-, Semifluid-, Feststoff oder Semi-Feststofnnischung aus einem Polymer und einer Selbstschmierungszusammensetzung, die bei Aufbringung auf das Metallteil ausreichend gießfähig, formbar, spritzgießfähig oder hämmerbar ist, um sich der Form des Metallteils beim Härten anzupassen. Geeignete Polymere der formbaren Mischung sind beispielsweise, wie zuvor beschrieben, die wärmehärtbaren Polymere, die thermoplastischen Polymere und die Polymere, die sowohl wärmehärtbar als auch thermoplastisch sind. Die zu härtende formbare Mischung kann in Kontakt mit der beschichteten Oberfläche des Metallteils gehalten werden, indem sie in einer Hülse oder einem anderen Gehäuse, das die Außenfläche des polymeren Verbundteils bilden und als Form für das Gießen der formbaren Mischung dienen kann, eingeschlossen wird. Alternativ kann die formbare Mischung auf das Metallteil aufgesprüht, gebürstet oder gerollt werden.The next step of the method of the invention consists of applying a moldable mixture of a polymer and a self-lubricating composition to the impregnated surface of the metal part, and curing the resulting composite material to form the polymeric composite part. In this context, "moldable mixture" means any fluid, semi-fluid, solid or semi-solid mixture of a polymer and a self-lubricating composition which, when applied to the metal part, is sufficiently pourable, moldable, injection moldable or malleable to conform to the shape of the metal part upon curing. Suitable polymers of the moldable mixture include, for example, the thermosetting polymers, the thermoplastic polymers and the polymers which are both thermosetting and thermoplastic, as previously described. The moldable mixture to be cured can be kept in contact with the coated surface of the metal part by enclosing it in a sleeve or other housing that can form the outer surface of the polymeric composite part and serve as a mold for pouring the moldable mixture. Alternatively, the moldable mixture can be sprayed, brushed or rolled onto the metal part.
Wenn es geformt ist, kann das Verbundmaterial durch ein beliebiges bekanntes Verfahren gehärtet werden, das für das Härtungsreaktion des gewählten Polymers geeignet ist. Handelt es sich bei dem Polymer beispielsweise um ein Polyolefin mit anhängigen Olefingruppen und einem internen Katalysator oder um ein blockiertes Polyisocyanat, kann das Verbundmaterial durch Anordnen der polymeren Verbundmischung in der Hülse und des (von der Hülse umgebenen) Metallteils in einem Härtungsofen gehärtet werden. Der Härtungsofen kann Infrarot-, Konvektions- oder Konduktionswärme liefern. Typische Betriebstemperaturen für Härtungsöfen liegen zwischen ungefähr 149º C und 204º C (300º F und 400º F). Härtungsöfen sind im Handel von Glenro, Inc., Peterson, New Jersey; Radiation Systems, Inc. Wyckoff, New Jersey; und BGK, Inc., Minneapolis, Minnesota, erhältlich. Weist das Polymer ein oder mehrere Polymere mit anhängigen Glycidyl- und Säure-Gruppen auf, kann die formbare Mischung ebenfalls gehärtet werden, indem das Material für wenigstens ungefähr 24 Stunden bei Raumtemperatur belassen wird, um das Härten der Mischung zu bewirken. Vorzugsweise kann ein zusätzliches Nach-Härten nach dem Verweilen bei Raumtemperatur erfolgen, um sicherzustellen, daß das Verbundmaterial voll ausgehärtet wird.Once formed, the composite material can be cured by any known method suitable for the curing reaction of the polymer chosen. For example, if the polymer is a polyolefin with pendant olefin groups and an internal catalyst or a blocked polyisocyanate, the composite material can be cured by placing the polymeric composite mixture in the sleeve and the metal part (surrounded by the sleeve) in a curing oven. The curing oven may provide infrared, convection or conduction heat. Typical operating temperatures for curing ovens are between about 149º C and 204º C (300º F and 400º F). Curing ovens are commercially available from Glenro, Inc., Peterson, New Jersey; Radiation Systems, Inc., Wyckoff, New Jersey; and BGK, Inc., Minneapolis, Minnesota. If the polymer comprises one or more polymers having pendant glycidyl and acid groups, the moldable mixture may also be cured by leaving the material at room temperature for at least about 24 hours to effect curing of the mixture. Preferably, additional post-curing may be performed after the room temperature residence to ensure that the composite material is fully cured.
Sobald das Verbundmaterial gehärtet ist, sieht der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens das Bearbeiten des gehärteten Verbundmaterials an der Metalloberfläche mit einer Läppungszusammensetzung vor, um ein geeignetes Spiel zwischen dem polymeren Verbundteil und dem Metallteil zu schaffen. Läppungszusammensetzungen und deren Verwendung sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Metallbearbeitung bekant. Geeignete erhältliche Läppungszusammensetzungen sind beispielsweise die Läppungszusarnmensetzungen der TimeSaver-Reihe von TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois, und die Clover -Reihe von Läppungszusammensetzungen von Fel-Pro Incorporated, Skokie, Illinois.Once the composite material is cured, the next step of the inventive method involves machining the cured composite material at the metal surface with a lapping composition to provide a suitable clearance between the polymeric composite part and the metal part. Lapping compositions and their use are well known to those skilled in the metalworking art. Suitable available lapping compositions include the TimeSaver line of lapping compositions from TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois, and the Clover line of lapping compositions from Fel-Pro Incorporated, Skokie, Illinois.
Nach dem Läppen des polymeren Verbundteils in Verbindung mit dem Metallteil, können beide Teile mit Seife und Wasser oder einem geeigneten Lösemittel, beispielsweise einem Aceton, zum Entfernen restlicher Läppungszusammensetzung gewaschen werden. Die Oberflächen des Metallteils und des polymeren Verbundteils können gegebenenfalls vor Gebrauch mit Fett oder einem anderen flüssigen Schmiermittel versehen werden.After lapping the polymeric composite part in conjunction with the metal part, both parts may be washed with soap and water or a suitable solvent, such as acetone, to remove residual lapping composition. The surfaces of the metal part and the polymeric composite part may, if desired, be coated with grease or other liquid lubricant prior to use.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der nachstehenden detaillierten Beispiele beschrieben.The invention is now described using the following detailed examples.
Eine ACME-Gewindeschraube mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1"), einer Länge von 300 mm (12") und einem Vorderteil von 6,35 mm (0,25") wurde aus einer extrudierten runden Stange aus einer 6061 Aluminiumlegierung hergestellt. Die Schraube wurde durch Läppen mittelfein bearbeitet (0,15 um bis 0,3 um (6 bis 12 Mikro-Inch) RMS), wobei eine Mischung aus leichtem Maschinenöl und einer 60N Läppungszusammensetzung, hergestellt von TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois, verwendet wurde. Anschließend wurde die Schraube gründlich mit Seife und Wasser gereinigt und eloxiert, um eine 0,05 um (0,002") dicke, harte Oxidbeschichtung unter Verwendung des geschützten Verfahrens der BTM Corporation, Marysville, Michigan, zu erzielen. Danach wurde die eloxierte Schraube mit von der BTM Corporation hergestelltem PTFE behandelt, um eine selbstschmierende Oberfläche zu erzielen. Der Aufbau des polymeren Verbundteils ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Wie in Figur 1 dargestellt, begann der Aufbau mit einer Hülse 10 aus extrudierter 6061 Aluminiumlegierung mit einem Innendurchmesser (ID) von 31,75 mm (1,25") und einem Außendurchmesser (OD) von 38,11 mm (1,50") und einer geschnittenen Länge von 50,8 mm (2"). Eine Aufspannvorrichtung 12 aus Stahl wies an einem Ende einen ID, der eng an den Hauptdurchmesser der eloxierten Aluminiumschraube angepaßt war, und einen OD auf, der eng an den ID der 50,8 mm (2") langen extrudierten Aluminiumhülse angepaßt war. Das andere Ende der Aufspannvorrichtung wies einen verbreiterten Querschnitt auf, so daß der ID eng über den OD der Aluminiumhülse paßte. Diese Aufspannvorrichtung wurde sodann zum Zentrieren der Schraube 14 in der Hülse verwendet, während eine Weichgummiform 16 um das untere Ende der Kombination gegossen wurde. Die weiche Form bestand aus Gußmaterial, das SC-131 Silikon von Thermoset, Indianapolis, Indiana mit einem Dow Corning 1 Katalysator verwendete.An ACME threaded screw with a diameter of 25.4 mm (1"), a length of 300 mm (12"), and a front end of 6.35 mm (0.25") was made from an extruded round bar of 6061 aluminum alloy. The screw was lapped to a medium finish (0.15 µm to 0.3 µm (6 to 12 micro-inches) RMS) using a mixture of light machine oil and a 60N lapping compound manufactured by TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois. The screw was then thoroughly cleaned with soap and water and anodized to provide a 0.05 µm (0.002") thick hard oxide coating using the proprietary process of BTM Corporation, Marysville, Michigan. The anodized screw was then treated with PTFE manufactured by BTM Corporation to provide a self-lubricating surface. The construction of the polymeric composite part is shown in Figures 1 and 2. As shown in Figure 1, construction began with an extruded 6061 aluminum alloy sleeve 10 having an inner diameter (ID) of 31.75 mm (1.25") and an outer diameter (OD) of 38.11 mm (1.50") and a cut length of 50.8 mm (2"). A steel jig 12 had an ID at one end that closely matched the major diameter of the anodized aluminum screw and an OD that closely matched the ID of the 50.8 mm (2") long extruded aluminum sleeve. The other end of the jig had a widened cross-section so that the ID fit closely over the OD of the aluminum sleeve. This jig was then used to center the screw 14 in the sleeve while a soft rubber mold 16 was molded around the lower end of the combination. The soft mold was made of molding material using SC-131 silicone from Thermoset, Indianapolis, Indiana with a Dow Corning 1 catalyst.
Das zum Gießen der Innengewindemutter in der Hülse verwendete Material war ein Produkt von ITW Philadelphia Resins Corporation unter der Bezeichnung Super Alloy Black 1500 L.F.. Es wurde unter Beachtung der vom Hersteller empfohlenen Schritte aufgebracht, d.h.: (1) sämtliche Metallflächen wurden zum Entfernen von Schmutz und Fett mit Trichlorethylen gewaschen; (2) die Oberfläche der Schraube in der Hülse 10 wurde mit einem Trennmittel (MS-122 von Miller Stephenson Chemical Company, Danbury, Connecticut) eingesprüht und (3) die beiden Bestandteile der polymeren Verbundzusammensetzung wurden mit den vorgegebenen Mengen durch Gießen des vorgesehenen Härtungsmittels in das Harz und Rühren für 3 Minuten gemischt.The material used to cast the internally threaded nut in the sleeve was a product of ITW Philadelphia Resins Corporation under the designation Super Alloy Black 1500 L.F. It was applied following the manufacturer's recommended steps, namely: (1) all metal surfaces were washed with trichloroethylene to remove dirt and grease; (2) the surface of the screw in the sleeve 10 was sprayed with a release agent (MS-122 from Miller Stephenson Chemical Company, Danbury, Connecticut), and (3) the two components of the polymeric composite composition were mixed in the specified amounts by pouring the designated curing agent into the resin and stirring for 3 minutes.
Vor dem Mischen des polymeren Verbundharzes wurde die Schraube in der weichen Form angeordnet. Wie in der Figur 2 dargestellt, wurde die polymere Verbundzusammensetzung 18 in den Hohlraum zwischen der Mutternhülse und der Schraube eingegossen. Nach dem Füllen des Hohlraums wurde das breite Ende der Aufspannvorrichtung zum Zentrieren der Schraube im oberen Ende der Mutternhülse positioniert. Das polymere Verbundmaterial verblieb anschließend über Nacht bei Raumtemperatur, um zu einem festen Teil auszuhärten. Nach dem Härten wurde die Mutter zum Läppen von der Schraube entfernt.Prior to mixing the polymeric composite resin, the bolt was placed in the soft mold. As shown in Figure 2, the polymeric composite composition 18 was poured into the cavity between the nut shell and the bolt. After filling the cavity, the wide end of the jig was positioned in the upper end of the nut shell to center the bolt. The polymeric composite was then left overnight at room temperature to cure into a solid part. After curing, the nut was removed from the bolt for lapping.
Das Läppen erfolgte unter Aufbringen einer Mischung mit jeweils 50 Gewichtsprozent leichten Maschinenöls und 60N Läppungszusammensetzung von Timeaver Products Company, Franklin Park, Illinois, auf die Schraube, und Auf- und Abwärtsdrehen der Mutter, bis diese frei lief Anschließend wurde die Läppungszusammensetzung/Öl- Mischung mit Aceton von der Schraube und der Mutter gewaschen. Zu diesem Zeitpunkt war der Vorgang abgeschlossen und die Muter drehte frei auf der Schraube. Das Spiel der Mutter auf der Schraube betrug ungefähr 13um (0,0005 Inch).Lapping was accomplished by applying a mixture of 50 weight percent each of light machine oil and 60N lapping compound from Timeaver Products Company, Franklin Park, Illinois, to the bolt and rotating the nut up and down until it ran freely. The lapping compound/oil mixture was then washed from the bolt and nut with acetone. At this point the process was complete and the nut ran freely on the bolt. The nut on the bolt had approximately 13um (0.0005 inches) of play.
Eloxierte Aluminiumschiene mit Gleiteinrichtung aus polymerem Verbundmaterial Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, handelte es sich bei der in diesem Beispiel verwendeten Schiene 21, einer #155 Hi Beam Track von Harken Yacht Fittings, Pewaukee, Wisconsin, um ein extrudiertes Aluminiumlegierungsteil mit rechteckigem Querschnitt. Es wurde mit einer geeigneten Beschichtungsbehandlung bearbeitet, die als Hardlube von Pioneer-Norelkote, Green Bay, Wisconsin, erhältlich ist. Die Hardlube-Behandlung besteht aus dem Eloxieren des Aluminiumteils, um diesem eine harte verschleißfeste Oberfläche 22 zu verleihen, gefolgt von einer PTFE-Behandlung, um diese Oberfläche selbstschmierend zu machen. Vor dem Gießen der Gleiteinrichtung 23 auf die Schiene, wurde die Schiene mit einer Trennzusammensetzung MS- 122 von Miller Stephenson Chemical Company, Danbury, Connecticut, eingesprüht.Anodized aluminum rail with polymer composite sliding device As shown in Figures 3 and 4, the track 21 used in this example, a #155 Hi Beam Track from Harken Yacht Fittings, Pewaukee, Wisconsin, was an extruded aluminum alloy part of rectangular cross-section. It was treated with a suitable coating treatment available as Hardlube from Pioneer-Norelkote, Green Bay, Wisconsin. The Hardlube treatment consists of anodizing the aluminum part to give it a hard wear resistant surface 22 followed by a PTFE treatment to make that surface self-lubricating. Before molding the slider 23 onto the track, the track was sprayed with a release composition MS-122 from Miller Stephenson Chemical Company, Danbury, Connecticut.
Die Herstellung des polymeren Verbundteus begann mit einer Hülse 24 aus Edelstahl, welche die Außenfläche der Gleiteinrichtung bildete und als Form zum Gießen des polymeren Verbundmaterials diente. Die Hülse 24 wurde durch Polyurethan-Haltestükke 25 fixiert, die ähnlich der Weichgummiform des Beispiels 1 hergestellt wurden. Die Polyurethan-Haltestücke 25 positionierten die Hülse 24 und schlossen die Enden der Hülse um die Schiene ab, um die flüssige polymer Verbundmaterialmischung darin zu halten.Fabrication of the polymer composite began with a stainless steel sleeve 24, which formed the outer surface of the slide and served as a mold for pouring the polymer composite. The sleeve 24 was held in place by polyurethane retainers 25, which were made similar to the soft rubber mold of Example 1. The polyurethane retainers 25 positioned the sleeve 24 and closed the ends of the sleeve around the rail to hold the liquid polymer composite mixture therein.
Das selbstschmierende Zwei-Komponenten-Epoxidharz INTERCAL EP 28 von Intercal, Port Huron, Michigan, wurde in den vom Hersteller empfohlenen Verhältnissen gemischt und in die Hülse gegossen. Die gegossene Mischung wurde sodann über Nacht bei Raumtemperatur (21º C (70º F) ) zum Härten belassen. Am nächsten Tag wurde das polymere Verbundmaterial für zwei Stunden bei 180º C (356ºF) nachgehärtet, wonach das polymere Verbundteil 26, nunmehr eine Gleiteinrichtung oder ein Linearlager, das entlang der Schiene gleitend verschiebbar war, durch Schieben über das Ende der Schiene entfernt. Die Innenfläche des polymeren Verbundteils 26, die die Metallschiene berührte, wurde mit einer Ölmischung aus 60N Medium Läppungszusammensetzung von TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois, beschichtet und die Gleiteinrichtung wurde an der Schiene über eine akkumulierte Strecke von 15m (50 feet) geläppt, um ein ausreichendes Spiel für eine ungehinderte Bewegung zu erhalten.INTERCAL EP 28 self-lubricating two-component epoxy resin from Intercal, Port Huron, Michigan, was mixed in the manufacturer's recommended proportions and poured into the sleeve. The poured mixture was then allowed to cure overnight at room temperature (21º C (70º F)). The next day, the polymeric composite was post-cured for two hours at 180º C (356º F) after which the polymeric composite member 26, now a slider or linear bearing slidable along the rail, was removed by sliding it over the end of the rail. The inner surface of the polymeric composite member 26 contacting the metal rail was coated with an oil mixture of 60N medium lapping composition from TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois, and the slider was lubricated on the rail for an accumulated distance of 15m (50 feet) to provide sufficient clearance for unhindered movement.
Nach beenden des Läppens wurden die Teile getrennt, mit Aceton gewaschen, um die Läppungszusammensetzungs-/Ölmischung zu entfernen, und die Kontaktflächen wurden mit einer dünnen Beschichtung aus Greadag 740, einem Fett von Acheson Colloids Company, Port Huron, Michigan, versehen. Zwar weisen Aluminiumlegierungen eine silbrig-weiße Färbung auf, aber die Hardlube-eloxierte Beschichtung war von glatter gleichmäßiger dunkelgrauer Farbe. Nach dem Läppen waren keine Anzeichen von Verschleiß an der Hardlube-Aluminiumlegierungsoberfläche zu erkennen, d.h. es waren keine Veränderungen in der Farbdichte der Beschichtung der geläppten Bereiche im Vergleich zu anderen, nicht mit der polymeren Verbundmaterialfläche in Berührung befindlichen Bereichen, keine Streifenbildung auf der Oberfläche oder andere Anzeichen geringfügigen Metallabtrags erkennbar.After lapping was completed, the parts were separated, washed with acetone to remove the lapping compound/oil mixture, and the contact surfaces were coated with a thin coating of Greadag 740, a grease from Acheson Colloids Company, Port Huron, Michigan. Although aluminum alloys have a silvery-white color, the Hardlube anodized coating was a smooth, uniform dark gray color. After lapping, there were no signs of wear on the Hardlube aluminum alloy surface, i.e., no changes in the color density of the coating of the lapped areas compared to other areas not in contact with the polymer composite surface, no streaking of the surface, or other signs of minor metal removal.
Wie in Fig. 5 dargestellt, handelte es sich bei der in diesem Beispiel verwendeten Welle 31 um eine aus kaltgewalztem SAE-Stahl hergestellte Welle mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1") und 300 mm (12") Länge. Durch Elektrogalvanisieren wurde die Wellenoberfläche mit einer verschleißfesten Beschichtung aus Chrom versehen. Bei dieser Beschichtung handelte es sich um modifiziertes hartes elektrogalvanisiertes Chrom mit einer Dicke von 0,025 bis 0,05 mm (1/1000 bis 2/1000 Inch) und einer Rockwell-Härte von C72. Diese semiporöse Beschichtung wurde mit PTFE imprägniert, um eine verschleißfeste Oberflächenschicht 32 zu erzeugen, die mit einer Selbstschmierungszusammensetzung impragniert war.As shown in Fig. 5, the shaft 31 used in this example was a 25.4 mm (1") diameter and 300 mm (12") long SAE cold rolled steel shaft. Electrogalvanization was used to provide the shaft surface with a wear-resistant coating of chromium. This coating was modified hard electrogalvanized chromium with a thickness of 0.025 to 0.05 mm (1/1000 to 2/1000 inch) and a Rockwell hardness of C72. This semiporous coating was impregnated with PTFE to create a wear-resistant surface layer 32 impregnated with a self-lubricating composition.
Die Herstellung der Gleitbuchse 33 begann mit dem Herstellen eines kreisförmigen Zylinders, der als Hülse 34 zum Gießen eines selbstschmierenden polymeren Verbundteils 35 (siehe Fig. 6) diente. Der Zylinder wies einen Innendurchmesser von 31,75 mm (1-1/4"), einen Außendurchmesser von 44,5 mm (1-3/4") und eine Länge von 50,8 mm (2") auf. Die Innenseite der Hülse 34 wurde angerauht, um das Anhaften der gegossenen Auskleidung zu unterstützen.Fabrication of the slide bushing 33 began with the manufacture of a circular cylinder that served as a sleeve 34 for molding a self-lubricating polymeric composite 35 (see Fig. 6). The cylinder had an inner diameter of 31.75 mm (1-1/4"), an outer diameter of 44.5 mm (1-3/4"), and a length of 50.8 mm (2"). The inside of the sleeve 34 was roughened to assist in the adhesion of the molded liner.
Eine zum Zentrieren der Welle 31 in der Hülse 34 dienende Aufspannvorrichtung 36 bestand aus einem Zylinder mit einem eng in die Hülse passenden Innendurchmesser von 25,4 mm. Eine weiche Form 37 wurde zum Abdecken eines Endes der Wellen/Hülsen-Kombination ausgebildet, indem die Welle und die Hülse in einer vertikalen Position gehalten wurden, wobei die Welle 31 ungefähr 3,175 mm (1/8 Inch) unterhalb des unteren Randes der Hülse 34 und die Aufspannvorrichtung 36 zwischen der Hülse 34 und der Welle 31 angeordnet war. Die Anordnung wurde in der vertikalen Position in einem Behälter 38 gehalten, der 76,2 mm (3") im Durchmesser und 76,2 mm (3") in der Tiefe maß. Eine silastische Gießzusammensetzung, erhältlich von Thermoset Plastics, Inc., Indianapolis, Indiana, wurde um das untere Ende der Anordnung mit einer Tiefe von 50,8 mm (2") gegossen. Das Silastic wurde über Nacht gehärtet und die Aufspannvorrichtung 36 wurde aus dem Ringraum zwischen der Hülse 34 und der Welle 31 entfernt.A jig 36 for centering the shaft 31 in the sleeve 34 consisted of a cylinder having an inside diameter of 25.4 mm to fit snugly into the sleeve. A soft mold 37 was formed to cover one end of the shaft/sleeve combination by holding the shaft and sleeve in a vertical position with the shaft 31 approximately 3.175 mm (1/8 inch) below the bottom edge of the sleeve 34 and the jig 36 between the sleeve 34 and the shaft 31. The assembly was held in the vertical position in a container 38 measuring 76.2 mm (3") in diameter and 76.2 mm (3") in depth. A silastic molding composition, available from Thermoset Plastics, Inc., Indianapolis, Indiana, was molded around the lower end of the assembly to a depth of 50.8 mm (2"). The silastic was cured overnight and the jig 36 was removed from the annular space between the sleeve 34 and the shaft 31.
Die gegossene Auskleidung der Buchse 33 bestand aus Moglice PL500, einem selbstschmierenden Zwei-Komponenten-Polymerverbundmaterial auf Epoxidbasis, das in Deutschland von Diamant hergestellt und von Devitt Machinery Company in die USA importiert wird. Gemaß den Angaben des Herstellers wurde das Material auf Epoxid-Basis gemischt, indem die vorab gemessenen Bestandteile zusammengegossen und für drei Minuten gemischt wurden. Währenddessen wurde die Welle 31 aus der Form 37 entfernt, mit einem Trennmittel MS-122 eingesprüht und in die Form 37 zurück verbracht. Sobald die Welle angeordnet war, wurde die Moglice PL500- Mischung in den Hohlraum zwischen der Welle und der Hülse gegossen und über 16 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet.The cast lining of bushing 33 was made of Moglice PL500, a two-component, self-lubricating, epoxy-based polymer composite material manufactured in Germany by Diamant and imported to the United States by Devitt Machinery Company. According to the manufacturer's instructions, the epoxy-based material was mixed by pouring the pre-measured ingredients together and mixing for three minutes. During this time, shaft 31 was removed from mold 37, sprayed with MS-122 release agent, and returned to mold 37. Once the shaft was in place, the Moglice PL500 Mixture is poured into the cavity between the shaft and the sleeve and cured for 16 hours at room temperature.
Nachdem das gegossene selbstschmierende polymere Verbundteil 35 durchgehärtet war, wurde die Anordnung aus Welle und Buchse aus der Silastic-Form entfernt und die Buchse durch Schieben entlang der Welle gelöst. Zu diesem Zeitpunkt konnte die Buchse nur schwer entlang der Welle bewegt werden, da im wesentlichen kein Spiel zwischen den Teilen bestand. Das geeignete Spiel, das ein freies Bewegen der Buchse auf der Welle ermöglichte, wurde durch Läppen mit einer Mischung aus einer 60N Medium Läppungszusammensetzung von TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois, erreicht.After the cast self-lubricating polymer composite part 35 was fully cured, the shaft and bushing assembly was removed from the Silastic mold and the bushing was released by sliding it along the shaft. At this point, the bushing was difficult to move along the shaft because there was essentially no clearance between the parts. The appropriate clearance to allow the bushing to move freely on the shaft was achieved by lapping with a mixture of 60N medium lapping composition from TimeSaver Products Company, Franklin Park, Illinois.
Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit verschiedenen spezifischen und bevorzugten Ausführungsbeispielen und Verfahren beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß zahlreiche Veränderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den durch die Patentansprüche definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.The present invention has been described in connection with various specific and preferred embodiments and methods. It should be understood, however, that numerous changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE202005020412U1 (en) * | 2005-12-28 | 2007-05-10 | Günther Heisskanaltechnik Gmbh | Actuation device for sealing needles in injection molding with needle valve nozzles |
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1993
- 1993-04-30 DE DE1993617263 patent/DE69317263T2/en not_active Expired - Fee Related
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DE102014113971A1 (en) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | Thyssenkrupp Ag | Outboard device and method for coating an outboard device |
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DE69317263D1 (en) | 1998-04-09 |
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Legal Events
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