Besehreibung

Die Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht, insbesondere aus Stahl, einer darauf angebrachten Lagermetallschicht aus Bronze, Messing oder Aluminium, und einer auf die

Lagermetallschicht aufgebrachten Gleitlackschicht mit einer Polymermatrix auf Polyamidimid ( PAI ) -Basis .

Derartige Gleitlagerverbundwerkstoffe können beispielsweise bei tribologisch hoch beanspruchten und insbesondere mediengeschmierten Maschinenelementen Verwendung finden. Im Besonderen werden derartige Gleitlagerverbundwerkstoffe für die Herstellung von Gleitlagerschalen für Pleuellagerungen und für die Lagerung der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors verwendet. Auch die

Anwendung eines solchen Gleitlagerverbundwerkstoffs zur Lagerung einer Getriebewelle ist bekannt. Weiterhin können derartige Gleitlagerverbundwerkstoffe insbesondere auch auf Kolbenschäfte von beispielsweise Kolben eines

Verbrennungsmotors oder einer Kolbenpumpe aufgebracht werden .

DE 10 2013 021 949 Al offenbart einen Polyamidimid

Gleitlack mit 2-13 Vol.-% Festschmierstoffen, 0,05-10 Vol.- % additiven, Füllstoffen und Pigmenten und 5-25 Vol.-% Polyamidimid oder Polyamidimid. Als Festschmierstoffe ist eine große Anzahl von Stoffen, darunter Glimmer, Graphit, M0S2, erwähnt.

DE 10 2013 202 121 Al offenbart einen nicht gattungsgemäßen Metall/Kunststoff-Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer metallischen Stützschicht, mit einer porösen Trägerschicht, und mit einem die Poren der Trägerschicht ausfüllenden Gleitschichtmaterial auf PTFE-Basis. Das

Gleitschichtmaterial kann 1-40 Masse-% Füllstoffe umfassen, wobei innerhalb einer großen Vielfalt von Füllstoffen u.a. Schichtsilikate, wie insbesondere Kaolin, Glimmer,

Wollastonit, Talk, Kieselsäure, sowie Graphit und

Metallsulfide, wie M0S2, neben vielen anderen erwähnt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer hohen Verschleißbeständigkeit bei gleichzeitig niedrigem

Reibungskoeffizienten bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist demnach vorgesehen, dass die Gleitlackschicht 10-20 Vol%

Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer enthält. Ferner enthält die Gleitlackschicht in Summe zusammen genommen 5- 15 Vol% Festschmierstoffpartikel aus Graphit und/oder M0S2. Dabei liegt das Verhältnis des Volumenprozentanteils der Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer zum

Volumenprozentanteil der Festschmierstoffpartikel aus Graphit und/oder M0S2 im Bereich von 1,0 bis 2,0,

insbesondere 1,5 bis 2,0.

Die Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer haben sich überraschenderweise aufgrund ihrer chemischen

Zusammensetzung und ihrer vergleichsweise großen Oberfläche als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Einbindung in die PAI-Basis herausgestellt, so dass die Gleitlackschicht eine vergleichsweise hohe Festigkeit und

Verschleißbeständigkeit aufweist. Die

Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer weisen

insbesondere eine Mohshärte von 2 bis 4 auf, so dass diese zwar verstärkend sind, allerdings weder einem

Festschmierstoff zuzuordnen sind, noch abrasiv gegenüber beispielsweise einem Stahl-Gegenläufer mit einer Stahlhärte von beispielsweise größer 55 HRc wirken. Die Festschmierstoffpartikel aus Graphit und/oder M0S2 können in vorteilhafter Weise den Reibungskoeffizienten des Gleitlacks reduzieren. Die Gleitlackschicht kann dabei einerseits lediglich Festschmierstoffpartikel aus Graphit enthalten. Andererseits kann diese auch lediglich

Festschmierstoffpartikel aus M0S2 enthalten. Denkbar wäre auch, dass sowohl Festschmierstoffpartikel aus Graphit als auch Festschmierstoffpartikel aus M0S2 vorhanden sind.

Das Volumenverhältnis der Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer zu den Festschmierstoffpartikeln aus Graphit und/oder M0S2 im Bereich von 1,0 bis 2,0, insbesondere 1,5 bis 2,0, hat sich als hervorragender Kompromiss aus

Reibungsminderung und Verschleißfestigkeit herausgestellt. Ferner ist die Gleitlackschicht vergleichsweise

kostengünstig herstellbar, da Graphit, M0S2 und Glimmer vergleichsweise günstig beschaffbar sind. Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoff ein tribologisch gesehen auch bei Bedingungen der Mischreibung (hohe Last, auftretende Reibungswärme, Mangelschmierung) geeignetes System geschaffen.

Die vorliegende Erfindung schließt nicht aus, dass neben PAI als matrixbildende Kunststoffkomponente der

Gleitlackschicht noch ein oder mehrere weitere

matrixbildende Kunststoffe enthalten sein dürfen. Der

Anteil sollte aber nicht mehr als 20 Gew . % , insbesondere nicht mehr als 10 Gew . % , des Anteils von PAI in der

Gleitlackschicht betragen. Vorzugsweise wird die

Kunststoff-Matrix zu 100% von PAI gebildet. Die chemische Zusammensetzung von Glimmer wird in der

Fachliteratur auf mehrere geringfügig unterschiedliche Arten definiert. Sämtliche Definitionen der Fachliteratur sind von der Erfindung umfasst und werden insbesondere im Folgenden wiedergegeben:

1. IM2-3T4O10A2

2. Io, _5-1 M _2-3 T ₄ O ₁₀ A ₂

3. IM _2-3 X _1-0 T ₄ O ₁₀ A ₂

I: 12-fach koordinierte Kationen (K, Na, Ca, Ba, Rb, Cs,

NH ₄ )

M: 6-fach koordinierte Kationen (Li, Mg, Fe ²⁺ , Mn ²⁺ , Zn, Al, Fe ³⁺ , Mn ³⁺ , Cr, V, Ti)

T: 4-fach koordinierte Kationen (Si, Al, Fe ³⁺ , B, Be)

A: Anion (OH, F, Ci, O ₂ , S ₂ )

X: Leerstelle (Vakanz)

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Glimmer in Form von Muskovit vorliegt. Muskovit weist folgende chemische Zusammensetzung auf:

KAI ₂ [AlSisOio (OH, F) ₂ ] · Muskovitpartikel haben sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Einbindung in die PAI-Basis bei gleichzeitigem hinreichendem Verschleißschutz herausgestellt . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schichtdicke des Gleitlacks wenigstens 3 ym, insbesondere wenigstens 5 ym, und weiter insbesondere wenigstens 7 ym, und höchstens 20 ym, insbesondere

höchstens 15 ym, und weiter insbesondere höchstens 10 ym, beträgt. Eine derartige Schichtdicke hat sich als besonders geeignet erwiesen. Die Schichtdicke kann anhand eines

Schliffbilds ohne weiteres mittels eines Lichtmikroskops ermittelt werden.

Vorteilhaft ist auch, wenn die

Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer plättchenförmig ausgebildet sind und im Wesentlichen eine flächenhafte Erstreckung in einer Haupterstreckungsebene aufweisen.

Senkrecht zu dieser Haupterstreckungsebene weisen sie eine ungefähr gleichförmige Plättchendicke auf. Durch die plättchenförmige Ausbildung der

Verschleißschutzstoffpartikel kann ein vergleichsweise hoher Gehalt an Verschleißschutzstoffpartikeln aus Glimmer und somit eine vergleichsweise hohe Verschleißfestigkeit der Gleitlackschicht bereitgestellt werden, und dies insbesondere ohne einen Gegenläufer aufzurauen. Durch die plättchenförmige Ausbildung der

Verschleißschutzstoffpartikel kann nämlich die Gefahr eines Aufrauens im Vergleich zu sphärischen Partikeln verringert werden, weil plättchenförmige Verschleißschutzstoffpartikel dazu neigen, sich im Wesentlichen parallel zur Schichtebene auszurichten, wenn die Schichtdicke nicht zu hoch ist. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, wenn das Verhältnis der Schichtdicke des Gleitlacks zur

Plättchendicke der Verschleißschutzstoffpartikel aus

Glimmer für wenigstens 90%, insbesondere wenigstens 95%, weiter insbesondere wenigstens 98%, und weiter insbesondere wenigstens 99%, der Anzahl aller

Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer, bei mindestens 2,5, insbesondere mindestens 5, weitere insbesondere mindestens 10, und vorzugsweise höchstens 20, liegt. Ein derartiges Verhältnis hat sich als vorteilhaft hinsichtlich eines vergleichsweise hohen Verschleißschutzes mit

vergleichsweise geringer Gefahr eines Aufrauens eines Gegenläufers herausgestellt. Die Plättchendicke kann dabei beispielsweise im Schliffbild unter einem Lichtmikroskop ermittelt werden. Typischerweise weist ein jeweiliger Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer eine

gleichförmige Plättchendicke auf. Weist ein

Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer eine

unterschiedliche Dicke auf, so handelt es sich bei der Plättchendicke dieses Verschleißschutzstoffpartikels um die größte Dicke des Verschleißschutzstoffpartikels .

Besonders bevorzugt ist, wenn wenigstens 90%, insbesondere wenigstens 95%, weiter insbesondere wenigstens 98%, und weiter insbesondere wenigstens 99%, der Anzahl aller

Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer eine

Plättchendicke von kleiner als 5 ym, insbesondere kleiner als 3 ym, und weiter insbesondere kleiner als 2 ym, insbesondere von 0,1-1 ym, aufweisen. Denkbar ist

insbesondere, dass sämtliche Verschleißschutzstoffpartikel eine Plättchendicke von kleiner 5 ym, insbesondere kleiner als 3 ym, und weiter insbesondere kleiner als 2 ym, insbesondere von 0,1 ym bis 1 ym, aufweisen.

Bevorzugt ist weiter, wenn das Verhältnis der Schichtdicke des Gleitlacks zum äquivalenten sphärischen Durchmesser (ESD) der Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer für wenigstens 40-60%, insbesondere für wenigstens 50%, der Anzahl aller Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer bei höchstens 2,5, insbesondere höchstens 2,0, weiter

insbesondere höchstens 1,5, liegt. Bei einem derartigen Verhältnis hat es sich herausgestellt, dass sich die

Verschleißschutzstoffpartikel bei der Herstellung besonders zuverlässig ungefähr parallel zur flächenhaften Erstreckung des Gleitlagerverbundwerkstoffs orientieren und somit nicht oder nur in geringer Zahl über die Oberfläche der Gleitlackschicht hinausstehen.

Der vorgenannte äquivalente sphärische Durchmesser

(equivalent spherical diameter (ESD) ) eines nicht

sphärischen Objekts ist der Durchmesser einer Kugel mit äquivalentem Volumen. Der ESD ist beispielsweise über ein Sedimentationsverfahren, insbesondere mit dem Sedigraph 5100 der Firma Micromeritics , messbar. Dabei werden die Verschleißschutzstoffpartikel in Pulverform vor der

Verarbeitung zur Gleitlackschicht gemessen. Beim

Sedimentationsverfahren wird die Sinkgeschwindigkeit gemessen, bei der Partikel einer bekannten Dichte in einer Flüssigkeit mit bekannten Eigenschaften (Viskosität und Dichte) unter Einfluss der Schwerkraft absinken, wie durch die Stokessche Gleichung beschrieben. Anhand der erfassten Sinkgeschwindigkeit und der bekannten Viskosität sowie Dichte der Flüssigkeit und der Partikel kann dann der äquivalente sphärische Durchmesser ermittelt und zugeordnet werden. Die Messung kann beispielsweise bei 35°C

durchgeführt werden, wobei die Temperatur konstant gehalten wird, sodass die Viskosität und Dichte der Flüssigkeit während der Messung konstant bleibt.

Vorteilhafterweise weisen die Verschleißschutzstoffpartikel aus Glimmer einen mittleren Durchmesser (d50-Wert) kleiner als 10 ym, insbesondere von 1-5 ym, auf. Der d50-Wert der Partikelgröße bezeichnet eine Partikelgröße, bezüglich der 50 Gew% der gemessenen Partikel mit einer gegenüber dem d50-Wert größeren Partikelgröße und 50 Gew% der Partikel mit einer gegenüber dem d50-Wert kleineren Partikelgröße vorliegen. Der mittlere Durchmesser (d50-Wert) kann

wiederum - wie oben ausgeführt - am Pulver vor der

Verarbeitung zum Gleitlack über das oben detailliert erläuterte Sedimentationsverfahren ermittelt werden.

Vorzugsweise umfasst der Gleitlack als

Verschleißschutzstoffpartikel ausschließlich solche aus Glimmer. Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass der Gleitlack als Festschmierstoffpartikel ausschließlich solche aus Graphit und/oder M0S2 umfasst.

Vorteilhafterweise besteht die Gleitlackschicht aus PAI, Glimmer sowie Graphit und/oder M0S2. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Gleitlackschicht hergestellt ist durch

Aufbringen, insbesondere Aufwalzen oder Aufsprühen, einer Lösung mit in organischem Lösungsmittel, insbesondere N- Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) , g-Butyrolacton (GBL), und/oder N-Ethyl-2-Pyrrolidon (NEP) , gelöstem PAI . Die Lösung kann zusätzliche Inhaltsstoffe, wie Additive (Netzmittel,

Entschäumer, Haftvermittler und/oder Rheologiehilfsmittel) enthalten. Auch die Zugabe von Farbpigmenten wäre denkbar. Im Rahmen der Erfindung wird die Gleitlackschicht also bevorzugt als Lösung in einem Lösungsmittel auf die

Lagermetallschicht aufgebracht. Die Wahl des Lösungsmittels kann sich insbesondere nach der Art der Lackapplikation richten und hat insbesondere keinen Einfluss auf die

Eigenschaften der ausgehärteten Gleitlackschicht . So wird beispielsweise die Beschichtung von Kolben häufig im

Siebdruckverfahren durchgeführt.

Gegenstand der Erfindung sind weiter Gleitlagerelemente der eingangs genannten Art, die aus einem vorausgehend

beschriebenen Gleitlagerverbundwerkstoff, insbesondere durch Roll-Biege-Vorgänge, hergestellt sind.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte

Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und

erläutert ist. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines

erfindungsgemäßen

Gleitlagerverbundwerkstoffs ; und

Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht

eines Verschleißschutzstoffpartikels des Gleitlagerverbundwerkstoffs nach Figur 1.

Figur 1 zeigt insgesamt einen Gleitlagerverbundwerkstoff 2, mit einer metallischen Stützschicht 4, insbesondere aus Stahl, und einer darauf angebrachten Lagermetallschicht 6 aus Bronze, Messing oder Aluminium. Auf der

Lagermetallschicht 6 ist eine Gleitlackschicht 8

aufgebracht. Diese weist eine Polymermatrix 10 auf PAI- Basis auf. Ferner umfasst die Gleitlackschicht 8 10-20 Vol% plättchenförmige Verschleißschutzstoffpartikel 12 aus

Glimmer. Schließlich enthält die Gleitlackschicht 8 5- 15 Vol% Festschmierstoffpartikel 14 aus Graphit und/oder M0S2 in Summe zusammengenommen. Das Verhältnis der

Volumenprozentanteile der Verschleißschutzstoffpartikel 12 zu den Festschmierstoffpartikeln 14 liegt im Bereich von 1,0 bis 2,0, insbesondere 1,5 bis 2,0. Denkbar ist

insbesondere, dass lediglich Festschmierstoffpartikel 14 aus Graphit und/oder M0S2, Verschleißschutzstoffpartikel 12 aus Glimmer und eine Polymermatrix 10 auf PAI-Basis

Bestandteile der Gleitlackschicht 8 sind. Der Glimmer kann insbesondere in Form von Muskovit vorliegen. Die Dicke D der Gleitlackschicht 8 kann wenigstens 3ym, 5ym oder 7ym und höchstens 20ym, 15ym oder 10ym betragen. Figur 2 zeigt beispielhaft und extremst schematisch einen Verschleißschutzpartikel 12. Aufgrund der Plättchenform erstreckt sich der Verschleißschutzpartikel 12 flächenhaft in einer Haupterstreckungsebene (x-y-Ebene) . Senkrecht dazu, also in z-Richtung, weist der Partikel 12 eine Dicke dl von beispielsweise kleiner als 5 ym, 3 ym oder 2 ym, insbesondere 0,1 ym bis 1 ym, auf. Ein jeweiliger

Verschleißschutzstoffpartikel 12 weist regelmäßig eine gleichbleibende Dicke auf. Bei einem

Verschleißschutzstoffpartikel 12 mit unterschiedlicher Dicke handelt es sich bei der Plättchendicke dl um die größte Dicke, also um die größte Erstreckung senkrecht zur Haupterstreckungsebene .

Der Partikel 12 weist einen äquivalenten sphärischen

Durchmesser (ESD) auf, der anhand des

Sedimentationsverfahrens zusammen mit der Stokesschen

Gleichung bestimmt werden kann.

Dabei kann insbesondere Folgendes gelten: Das Verhältnis aus D durch dl liegt für wenigstens 90%, insbesondere wenigstens 95%, 98% oder 99%, aller

Verschleißschutzpartikel 12 bei wenigstens 2 , 5 , insbesondere wenigstens 5, weiter insbesondere wenigstens 10.

Zusätzlich oder alternativ kann gelten, dass für wenigstens 50% aller Verschleißschutzpartikel 12 das Verhältnis der Schichtdicke D zum ESD bei höchstens 2,5, insbesondere höchstens 2,0, weiter insbesondere höchstens 1,5, liegt. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die Verschleißschutzpartikel 12 beim Aufbringen der Gleitlackschicht 8 so orientieren, dass die

Haupterstreckungsebene der Plättchen im Wesentlichen parallel zur Schichtebene oder Oberfläche der

Lagermetallschicht 6 verläuft.