Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagermaterials aus einem metallischen Träger und einem Gleitwerkstoff und einen nach diesem Verfahren hergestellten Gleitlagerwerkstoff sowie eine Verwendung eines solchen Gleitlagerwerkstoffes .

Gleitlagerwerkstoffe der eingangs genannten Art, welche üblicherweise aus einem Schichtsystem bestehend aus einem metallischen Träger und einem Gleitwerkstoff meist in der Form eines Kunststoffes zusammengesetzt sind, werden für verschiedenste Anwendungen eingesetzt. Unter anderem eignen sie sich für den Einsatz als Gleitlagerbuchse. Diese wiederum finden vielseitig Verwendung in Scharnieren und Lagern verschiedenster Art, insbesondere im Automobilbereich. Der Betrieb solcher aus dem Gleitlagermaterial hergestellter Gleitlagerbuchsen ist wartungsfrei, d. h. eine Schmierung der Lager ist nicht erforderlich.

Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagermaterials wird zunächst durch Schlitzen eines Metallblechs als Trägermaterial und anschließendes Strecken, wobei sich die in das Material eingebrachten Schlitze weiten, ein Streckgitter hergestellt. Dieses setzt sich dann entsprechend aus einer Vielzahl von Maschen, d. h. Öffnungen, welche jeweils von Materialstegen umgeben sind, zusammen. Das Streckgitter wird anschließend mit einer Gleitwerkstoffschicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet. Die GleitwerkstoffSchicht wird dabei als Folie oder Paste auf das Streckgitter aufgetragen, wobei die Maschenöffnungen im Streckgitter durch die aufgetragene GleitwerkstoffSchicht vollständig geschlossen werden. Nachteilig an den mit dem bekannten Verfahren hergestellten Gleitlagermaterialien, wie sie beispielsweise auch aus der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 00/28226 bekannt sind, ist, dass sich die Lagereigenschaften des Materials durch Abriebpartikel, welche sich im Betrieb des Lagers von der Gleitlageroberfläche lösen, nach und nach verschlechtern, was insgesamt zu einer reduzierten Lebensdauer des Gleitlagers führt. Unter Umständen können Abriebpartikel sogar zu einem Blockieren des Gleitlagers führen. Das Verfahren selbst ist aufgrund des hohen Materialverbrauchs in bezug auf den Gleitwerkstoff unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagermaterials anzugeben, welches einen besonders effizienten Materialeinsatz gewährleistet, wobei sich mit diesem Verfahren hergestellte Gleitlager durch exzellente Lagereigenschaften und eine hohe Lebensdauer auszeichnen sollten.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagermaterials aus einem metallischen Träger und einem Gleitwerkstoff gelöst, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: - Beschichten des metallischen Trägers mit einem Gleitwerkstoff, - Schlitzen des so beschichteten Trägers und - Strecken des Trägers, wodurch ein eine Vielzahl von Maschen aufweisendes, beschichtetes Streckgitter erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. So kann dadurch, dass der Verfahrensschritt des Beschichtens im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht nach, sondern vor dem Schlitzen und Verstrecken des Trägermaterials erfolgt, der Einsatz von Gleitwerkstoff erheblich reduziert werden, was zu einer Senkung der Herstellungskosten führt. Bei einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gleitlagermaterial bedeckt der Gleitwerkstoff im Unterschied zu konventionell hergestellten Gleitlagermaterialien lediglich die Stege, während die Öffnungen der Maschen frei bleiben. Durch das nach dem Beschichten erfolgende Schlitzen und Verstrecken wird somit die effektive Fläche nicht nur des Trägermaterials, sondern auch der GleitwerkstoffSchicht vergrößert, so dass der spezifische Materialeinsatz (z. B. gemessen in g/cm2) des Gleitwerkstoffes im Vergleich zu konventionell hergestellten Gleitlagermaterialien sinkt. Unter der „effektiven Fläche" sind hierbei die Gesamtabmessungen des Trägermaterials nach dem Verstrecken zu verstehen, wobei die durch das Verstrecken aus den Schlitzen entstehenden flächigen Maschenöffnungen zur vergrößerten Gesamtfläche in erheblichen Maße beitragen. Der reduzierte Materialeinsatz des Gleitwerkstoffes trägt weiterhin zu einer ebenfalls vorteilhaften Gewichtsreduktion des gesamten Lagers bei . Die Lagereigenschaften eines in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gleitlagermaterials sind ebenfalls denen eines auf bekanntem Wege hergestellten Gleitlagermaterials überlegen. So können dadurch, dass bei dem erfindungsgemäß hergestellten Gleitlagermaterial die Maschenöffnungen nicht mit Gleitwerkstoff gefüllt sind, die während des Betriebs erzeugten Abriebpartikel sich in den Maschenöffnungen sammeln, was zu einer . Reduzierung der durch die Abriebpartikel verursachten Scherkräfte führt. Folglich werden im Unterschied zu konventionell hergestellten Gleitlagermaterialien die Gleiteigenschaften des aus dem erfindungsgemäß hergestellten Gleitlagermaterial geformten Lagers auch im Langzeitbetrieb durch die Abriebpartikel nicht beeinträchtigt, was zu einer signifikanten Steigerung der Lebensdauer des Lagers führt. Insbesondere wird ein Blockieren des Lagers wirksam und dauerhaft verhindert.

Durch die „offene Struktur" bzw. maschenartige Struktur der erfindungsgemäß hergestellten Gleitlagermaterialien wird der Traganteil des Gleitlagers, also die mit dem Lagerpartner im Gleitkontakt stehende Fläche, verringert, da die Gleitwerkstoffschicht nur noch die Maschenstege bedeckt. Dies sollte nach der Theorie zu einem erhöhten Abrieb der GleitwerkstoffSchicht führen. Überraschend hat sich jedoch gezeigt, dass dieser prinzipielle Nachteil in der Praxis weit weniger stark ausgeprägt ist als theoretisch zu erwarten. Vielmehr wird der Traganteil durch die sich in den offenen Maschenöffnungen sammelnden Abriebpartikel wieder erhöht.

Insgesamt haben praktische Versuche an dem erfindungsgemäß hergestellten Gleitlagermaterial in überraschender Weise gezeigt, dass es nur bei der Inbetriebnahme, also beim „Einlaufen" der Lagerflächen, zu einem erhöhten Abrieb kommt, welcher rasch auf einen üblichen Normalwert absinkt.

Vorteilhaft an dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gleitlagermaterial ist ferner, dass dieses eine erhöhte Kalibrierbarkeit aufweist. Dies ist auf die im Vergleich zu Gleitlagermaterialien ohne offene Struktur besonders gute plastische (und elastische) Verformbarkeit der Gleitschicht des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gleitlagermaterials zurückzuführen. So wird während des Kalibriervorgangs (z. B. mit.-einem Kalibrierdorn) die Gleitschicht teilweise plastisch verformt und verdrängt, wobei die verformten bzw. verdrängten Anteile in die offene Struktur ausweichen können. Diese Maßveränderlichkeit eines Gleitlagers mit offener Struktur lässt sich noch in der Art steigern, dass das geschlitzte und verstreckte Gleitlagermaterial nicht wieder auf die Ausgangsdicke zurückgewalzt wird, was bedeutet, dass eine weitere Deformation des 3- dimensionalen Streckgitters beim Kalibriervorgang noch möglich ist. Somit kann auch durch den Walz- bzw. Kalandergrad die Kalibrierbarkeit des Gleitlagermaterials gesteuert werden.

Beim Schlitzen des beschichteten Trägermaterials wird üblicherweise eine dreidimensionale Struktur der Maschenstege erzeugt. Dies führt zu einer Zunahme der Dicke des Gleitlagermaterials. In Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung muss die Dicke des Gleitlagermaterials wieder reduziert werden. Dazu ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Streckgitter nach dem Verstrecken gewalzt wird. Neben dem Walzen kann auch die aus der Kunststofftechnik bekannte Technik des Kalanderns eingesetzt werden. Durch den anschließenden Walz-/Kalanderschritt kann die Dicke des Gleitlagermaterials kontrolliert auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Vorzugsweise wird das Gleitlagermaterial auf eine Dicke von 180 bis 80 % der Dicke des beschichteten, noch nicht geschlitzten metallischen Trägers gewalzt.

Erfindungsgemäß wird der metallische Träger vor dem Schlitzen und Verstrecken zunächst beschichtet. Dieser Prozessschritt kann mit unterschiedlichen Beschichtungstechniken, beispielsweise Tauchen, Sprühen oder Rakeln, erfolgen.

Ebenso ist es möglich, den metallischen Träger durch Aufwalzen oder Auflaminieren einer Folie zu beschichten. Dies erfolgt in der Regel durch Aufbringen eines geeigneten Klebstoffs, insbesondere eines Schmelzklebers, und anschließendes Aufwalzen oder Auflaminieren der Folie.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Beschichten eine Haftvermittlerschicht auf den metallischen Träger aufgebracht. Dadurch kann die Haftung der Gleitwerkstoffschicht auf dem metallischen Träger entscheidend verbessert werden. Bei der Haftvermittlerschicht kann es sich beispielsweise um einen metallorganischen Primer handeln, ebenso kann die Oberfläche des metallischen Trägers zur Verbesserung der Haftung mit üblichen Oberflächenbehandlungsmethoden in Form von Chromatieren, Phosphatieren oder Sandstrahlen vor dem Beschichten modifiziert werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das beschichtete Streckgitter auf einen weiteren Träger aufgebracht wird. Verfahrensmäßig kann dies durch Auflaminieren erfolgen. Der weitere Träger kann beispielsweise aus Stahl oder Edelstahl bestehen. Wird das Gleitlagermaterial beispielsweise zu einer Gleitlagerbuchse geformt, so kann diese in eine entsprechend dimensionierte zylindrische Öffnung in eine Gehäusebohrung eingebracht werden. Ebenso ist es denkbar, dass beidseitig auf einen flächig ausgebildeten metallischen Träger jeweils eine Gleitlagermaterialschicht aufgetragen wird, wodurch eine Sandwich-Struktur gebildet wird. Bei der Umformung des zunächst eben geformten Gleitlagermaterials beispielsweise zu einer Gleitlagerbuchse erweist sich die gegenüber Gleitlagermaterialien des Standes der Technik verbesserte Umformbarkeit sowie Tiefziehfähigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Gleitlagermaterials als besonderer Vorteil.

Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, die Öffnungen der Maschen des Streckgitters mit einer bestimmten Geometrie auszubilden. So ist es möglich, ein Streckgitter mit trapezförmigen, quadratischen oder runden Maschen zu erzeugen, wobei eine kreisrunde Form besonders bevorzugt wird.

Der metallische Träger kann aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein. Insbesondere ist er als Metallblech bestehend aus einem Material der Gruppe Bronze, Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Titan und deren Legierungen ausgebildet. Ebenso eignen sich auch plattierte/beschichtete Trägermaterialien, wie z. B. bronze- oder kupferplattierter Stahl . Als Metallblech weist der metallische Träger bevorzugt eine Dicke von 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise 0,2 bis 2 mm, auf.

Das erfindungsgemäß hergestellte Gleitlagermaterial besitzt insbesondere dann gute tribologische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch, wenn die auf den metallischen Träger durch Beschichten aufgebrachte Gleitwerkstoffschicht vor dem Streckvorgang eine Dicke von 10 μm bis 1 mm, vorzugsweise 40 μm bis 0,5 mm, aufweist.

Als Gleitwerkstoff eignen sich insbesondere Materialien, die einen Kunststoff enthalten oder aus einem Polymer- Compound der Gruppe der Hochtemperatur-Kunststoffe bestehen, wobei der Kunststoff bzw. das Polymer vorzugsweise ein Pluorkunststoff, insbesondere PTFE oder PTFE-Compound, ein Polyethylen, insbesondere ultrahochmolekulares Polyethylen, ein Perflouralkoxy- Polymer, ein Polyimid, ein Polyamidimid, ein Polyether- Etherketon und/oder deren Kombination ist.

In Bezug auf die Maschengeometrie haben experimentelle Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass folgende Kombinationen aus Maschenlänge, Maschenbreite sowie Stegdicke und Stegbreite besonders vorteilhafte Ergebnisse hinsichtlich der Gleiteigenschaften liefern:

Bei einer groben Maschenstruktur betragen die Maschenlänge und die Maschenbreite jeweils 0,2 bis 40 mm sowie die Stegbreite und die Stegdicke jeweils 0,08 bis 15 mm, bei einer mittleren Maschenstruktur betragen die Maschenlänge und die Maschenbreite jeweils 1,0 bis 15 mm sowie die Stegbreite und die Stegdicke jeweils 0,2 bis 5 mm und bei einer feinen Maschenstruktur betragen die Maschenbreite jeweils 1,5 bis 11 mm sowie die Stegbreite und die Stegdicke jeweils 0,25 bis 2,5 mm.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gleitlagerlagermaterial anzugeben, welches sich durch besonders gute Gleiteigenschaften sowie eine gegenüber dem Stand der Technik verlängerte Lebensdauer auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleitlagermaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 gelöst. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials wird auf das vorstehende verwiesen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung für ein derartiges Gleitlagermaterial anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Gleitlagermaterials nach Anspruch 18 als Gleit- und Verstärkungsmaterial in spritzgegossenen Gleitlagern gelöst. Die mit dem erfindungsgemäßen Gleitlagermaterial ausgerüsteten spritzgegossenen Gleitlager zeichnen sich durch einen verringerten Reibungskoeffizienten sowie durch eine verbesserte Wärmeleitung aus. Ebenso weisen sie ein verbessertes Beiastungsverhalten, insbesondere ein verbessertes Stoßbeanspruchungsverhalten auf.

Die hervorragenden Antihafteigenschaften in Verbindung mit der Gasdurchlässigkeit aufgrund der offenen Struktur des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials qualifizieren es für ein großes Spektrum von Anwendungen. Beispielhaft sei hier die Eignung des Gleitlagermaterials als Gleitschuh eines Bügeleisens, insbesondere eines Dampfbügeleisens, genannt. Bei dieser Anwendung wird ausgenutzt, dass der Dampf des Dampfbügeleisens problemlos durch die Öffnungen des Gleitlagermaterials hindurchströmen kann. Eine weitere vorteilhafte Verwendung des Gleitlagermaterials besteht im Einsatz als Antihaftfolie zur Auskleidung von Backblechen oder Backblechformen, um eine direkte Berührung der Backwaren mit dem Blech zu verhindern und ein gutes Ablösen der Backwaren nach dem Backen zu gewährleisten.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial auch in wartungsarmen und geschmierten Gleitlagern verwendet werden. Im Falle der wartungsarmen Gleitlager, wobei hierbei unter "wartungsarmen Gleitlagern" solche mit in die Gleitschicht eingebrachten Schmiertaschen und/oder Festschmierstoffeinlagerung verstanden werden, eignet sich das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial insbesondere für Lagerstelleh mit niedriger Gleitgeschwindigkeit, insbesondere bei oszillierenden oder intermittierenden Bewegungsabläufen, und/oder für Lagerstellen mit hoher spezifischer Belastung, bei denen keine hydrodynamische Schmierung erreicht wird und eine Schmierung mit Fett und Öl nicht möglich ist oder nicht gewünscht wird. Im Falle der geschmierten Lager dienen die Maschenöffnungen als Schmiertaschen zur Aufnahme und Abgabe des Schmiermittels .

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäß hergestelltes Gleitlagermaterial in Aufsicht,

Fig. 2 das Gleitlagermaterial der Fig. 1 in Schnittansicht gemäß der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine aus dem Gleitlagermaterial der Fig. 1 geformte Gleitlagerbuchse und

Fig. 4a-c die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Gleitlagermaterials .

Das Gleitlagermaterial 1 der Fig. 1 umfasst, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Schicht eines metallischen Trägers 3, vorzugsweise aus der Gruppe Bronze, Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Titan oder deren Legierungen. Die Dicke des metallischen Trägers liegt zwischen 0,1 bis 3 mm, vorzugsweise 0,2 bis 2 mm. Das Gleitlagermaterial umfasst ferner eine Gleitschicht 4 aus einem Gleitwerkstoff. Der Gleitwerkstoff enthält vorzugsweise einen Kunststoff der Gruppe Fluorkunststoffe, insbesondere PTFE oder PTFE-Compound, oder Polyethylen, insbesondere ultrahochmolekulares Polyethylen, Perflour- Alkoxy-Polymere, Polyimid, Polyamidimid oder Polyether- Etherketon. Er kann ebenso auch aus einer Polymermatrix bestehen. Die Gleitschicht weist eine Dicke von 10 μm bis 3 mm, vorzugsweise 40 μm bis 0,5 mm, auf. Zwischen dem metallischen Träger 3 und der Gleitschicht 4 befindet sich eine KlebstoffSchicht 5, die eine feste, belastbare Verbindung zwischen dem Träger 3 und der Gleitschicht 4 bewirkt. Bei der Klebstoffschicht 5 handelt es sich vorzugsweise um einen Schmelzkleber („not melt adhesive") . Zur Verbesserung der Haftfähigkeit kann die Oberfläche des metallischen Trägers und/oder der Gleitschicht mit üblichen Oberflächenbehandlungsmethoden, wie z. B. Chromatieren, Phosphatieren oder Sandstrahlen modifiziert werden. Ebenso ist der Einsatz eines Haftvermittlers, wie z. B. eines metallorganisches Primers, möglich. Durch Aufbringen einer porösen Metallschicht auf die Oberfläche des metallischen Trägers, insbesondere durch Aufsintern von Bronzepartikeln, kann ebenfalls eine Haftvermittlung erzielt werden. Die haftvermittelnde Metallschicht kann auch als Drahtgewebe, d.h. netz- oder siebförmig, ausgebildet sein. Dieses wird vorzugsweise metallisch, also beispielsweise durch Schweißen oder Versintern, mit dem metallischen Träger verbunden.

Erfindungsgemäß wird der Gleitwerkstoff vor dem Schlitzen und Strecken des metallischen Trägers auf diesen aufgebracht. Entsprechend wird der Schichtverbund, bestehend aus metallischem Träger und Gleitschicht und ggf. Haftvermittlerschicht nach der Beschichtung geschlitzt und gestreckt und erhält so eine maschenartige Struktur, wobei die Maschenöffnungen 2 im Gleitlagermaterial im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagermaterials nicht mit Gleitwerkstoff gefüllt sind. Die Maschenöffnungen 2 können unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Vorliegend ist eine brillantartige Geometrie gewählt. Durch eine Anpassungen des Schlitz- und des Streckprozesses können ebenso Maschenöffnungen mit trapezförmigen, quadratischen oder runden, insbesondere kreisrunden, Form erhalten werden.

Fig. 3 zeigt eine aus dem Gleitlagermaterial geformte Gleitlagerbuchse, wie sie beispielsweise in einem Scharnier zum Einsatz kommt. Durch die offenmaschige Struktur des Gleitlagermaterials kann die Umformung mit reduzierten Kräften und somit schonender erfolgen. Dabei erweist sich als Vorteil, dass das gestreckte Gleitlagermaterial auch tiefziehfähig ist. Da der Lagerpartner in der zylindrischen Buchse aufgenommen wird, befindet sich die Gleitschicht 4 entsprechend an der Innenfläche der Buchse. Das Gleitlager arbeitet vollständig wartungsfrei und weist eine besonders lange Lebensdauer auf, da die im Betrieb des Gleitlagers entstehenden Abriebpartikel sich in den unverschlossenen Maschenöffnungen sammeln und somit das Gleitverhalten nicht negativ beeinflussen können.

In der Fig. 4 sind die einzelnen Verfahrensschritte der Herstellung eines Gleitlagermaterials dargestellt:

In Fig. 4a ist das Beschichten eines metallischen Trägers β durch Besprühen seiner Oberfläche mit dem Gleitwerkstoff gezeigt. Statt einer Sprühtechnik kann der Gleitwerkstoff auch durch Tauchen oder Rakeln aufgetragen werden. Alternativ ist auch das Aufwalzen oder Auflaminieren eines in Folienform vorliegenden Gleitwerkstoffes möglich.

Fig. 4b zeigt die Erzeugung eines Streckgitters 6* aus dem beschichteten metallischen Träger 6. Dabei werden durch ein Schneidwerkzeug mit Gegenhalter 7a, 7b durch versetzte Schnitte ohne Materialverlust Öffnungen unter gleichzeitig streckender Verformung in den beschichteten Träger 6 eingebracht, wodurch dieser eine maschenartige Struktur erhält. Die maschenartige Struktur erstreckt sich, wie in Fig. 4b erkennbar, auch in die dritte Dimension, so dass sich folglich die Dicke des Streckgitters 6* gegenüber der des beschichteten metallischen Trägers 6 vergrößert.

In Fig. 4c ist die dreidimensionale Struktur des Streckgitters 6* in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Weiterhin ist dargestellt, dass die Dicke des durch den kombinierten Schlitz-/Streckprozessschritt erhaltenen Streckgitters 6* durch anschließendes Walzen oder Kalandern wieder reduziert wird. Vorzugsweise wird dabei die Dicke des Streckgitters 6* auf eine Dicke -von 180 bis 80 % der Ausgangsdicke des Gleitlagermaterials 6 gewalzt. Wie in Fig. 4c schematisch dargestellt, wird das Streckgitter 6* exakt auf die Ausgangsdicke des Gleitlagermaterials 6 vor dem Schlitz-/ Streckprozessschritt, zurückgeführt, wodurch ein zweidimensionales Streckgitter 6** erhalten wird.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele haben lediglich erläuternde Funktion und die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist der Schutzumfang der Erfindung durch die nachfolgenden Patentansprüche und deren rechtliche Äquivalente definiert.