Kalibrierfähiges Gleitlagβππaterial

Die Erfindung betrifft ein kalibrierfähiges Gleitlagermaterial umfassend ein metallisches Substratmaterial mit einer Oberfläche und eine die Oberfläche des Substratmaterials überdeckende Gleitschicht . Ferner betrifft die Erfindung eine Gleitlagerbuchse sowie eine vorteilhafte Verwendung eines Gleitlagermaterials .

Gleitlagerwerkstoffe der eingangs genannten Art, welche üblicherweise aus einem Schichtsystem bestehend aus einem metallischen Substratmaterial und einer Gleitschicht meist in Form eines Kunststoffes zusammengesetzt sind, werden für verschiedenste Anwendungen eingesetzt, bei denen zueinander bewegliche Teile drehbar, schwenkbar oder translatorisch gleitend miteinander verbunden werden sollen. Unter anderem eignen sie sich zur Fertigung von Gleitlagerbuchsen. Diese wiederum finden vielseitig Verwendung in Scharnieren und Lagern verschiedenster Art, insbesondere im Automobilbereich. Rein beispielhaft seien hier Türscharniere,

Sitzverstellsysteme, Pedallerie, Kofferraumscharniere, Lenksäulenverstellungen oder Stoßdämpfer genannt.

Das hier stets zum Einsatz kommende Gleitlagermaterial, welches je nach Anwendungsfall als Gleitlagerfläche oder Gleitlagerbuchse vorliegt, ist wartungsfrei, d.h. eine Schmierung der Lager ist nicht erforderlich.

Ein als selbstschmierendes Lager bezeichnetes Gleitlagermaterial der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 998 637 Bl bekannt. Dieses Gleitlagermaterial umfasεt ein metallisches Substratmaterial sowie eine darüber angeordnete Gleitschicht. Das Gleitlagermaterial ist für hohe

Druckbelastungen im Bereich von 200 MPa ausgelegt. Um bei derartigen Druckbelastungen ein Kriechen der bevorzugt ein Fluorpolymer, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) , enthaltenen GleitSchicht zu verhindern, ist bei diesem Gleitlagermaterial vorgesehen, dass die Oberfläche des

Substratmaterials ausgeprägt strukturiert ist, wodurch die auf das Substratmaterial auflaminierte Gleitschicht in diesem fest verankert ist .

Bevorzugt weist dieses Gleitlagermaterial eine

Bronzeplattierung als Zwischenschicht auf, in welche die Strukturierung eingraviert ist. Das Substratmaterial selbst kann aus verschiedenen metallischen Werkstoffen, insbesondere Stahl oder Aluminium, bestehen.

Wie bereits erwähnt, zeichnet sich dieses aus dem Stand der Technik bekannte Gleitmaterial durch eine sehr hohe Druckbelastbarkeit aus, wobei im Betrieb der Kriechneigung des Gleitwerkstoffes durch eine stark ausgeprägte Strukturierung der Substratoberfläche bzw. durch die Festigkeit des Substrats entgegengewirkt wird. Diese Eigenschaften qualifizieren es für einen Einsatz beispielsweise in Fahrzeugtürscharnieren oder den besonders belasteten vorderen Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs .

Nachteilig an diesem Gleitlagermaterial ist, dass es eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit bei den mit dem Gleitlagermaterial auszukleidenden Lagergehäusen erfordert, um einen passgenauen Sitz des Gleitlagermaterials im Lagergehäuse zu gewährleisten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlagermaterial der eingangs genannten Art anzugeben, welches einfach zu fertigen ist und bei den Lagergehäusen höhere Fertigungstoleranzen erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Gleitlagermaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass das metallische Substratmaterial eine Streckgrenze < 100 N/mm ² aufweist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials liegt darin, dass sich das metallische Substratmaterial vergleichsweise leicht plastisch verformen lässt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Kalibrierung des

Gleitlagermaterials. So ist es beispielsweise möglich, aus dem erfindungsgemäßen Gleitlagermaterial eine Gleitlagerbuchse zu fertigen, welche anschließend in ein Lagergehäuse, dessen Form durch den jeweiligen Anwendungsfall vorgegeben ist, eingesetzt werden kann. Anschließend kann das Gleitlagermaterial in dem Lagergehäuse durch ein geeignetes Formwerkzeug, meist einen Kalibrierdorn, plastisch aufgeweitet werden, wobei der gewünschte Innendurchmesser eingestellt wird. Durch die gute plastische Verformbarkeit können zudem gröber tolerierte Lagergehäuse verwendet werden, was entsprechend die

Ausschussproduktion bei der Fertigung der Lagergehäuse verringert und somit die Gesamtkosten für das Gleitlager

senkt. Da das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial trotz exzellenter Kalibrierfähigkeit ohne Metallgewebe- bzw. Streckmetalleinlagen auskommt, ist es für die kostengünstige Massenproduktion hervorragend geeignet.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das metallische Substratmaterial aus einer Aluminium- Legierung, vorzugsweise aus AA3005. Bei der letztgenannten Legierung handelt es sich um eine besonders leicht plastisch verformbare Aluminiumlegierung mit einer Streckgrenze von ca. 55 N/mm ² , deren Einsatz die Kalibrierfähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials entscheidend weiter erhöht. Wie Untersuchungen der Anmelderin gezeigt haben, ist durch den Einsatz einer AA3005 Aluminium-Legierung eine Gesamtverformbarkeit der Gleitlagerschicht von ca. 5 % erreichbar. Wird das Gleitlagermaterial anschließend zu einer zylindrischen Lagerbuchse umgeformt, ergibt sich somit bezogen auf den Buchsendurchmesser eine Verformbarkeit von insgesamt 10 %. Hierdurch können im Zuge der Kalibrierung des Gleitlagers Fertigungstoleranzen wirksam ausgeglichen werden.

Im Falle des Einbaus des Gleitlagermaterials in Aluminium- Lagergehäuse besteht ein weiterer Vorteil darin, dass infolge der Werkstoffidentität bzw. -ähnlichkeit (bei unterschiedlichen Aluminium-Legierungen) die Gefahr einer Kontaktkorrosion zwischen dem Substratmaterial und dem Material des Lagergehäuses minimiert bzw. ausgeschlossen ist. Schließlich handelt es sich bei Aluminium um ein besonders gut wärmeleitendes Substratmaterial, so dass die im Betrieb entstehende Reibungswärme schnell abgeführt werden kann, was die Lebensdauer des Gleitlagers erhöht.

Aufgrund der hohen Verformbarkeit des Substratmaterials eignet sich das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial insbesondere für Anwendungen mit geringer Druckbelastung, beispielsweise im Bereich von 10 - 20 MPa. Hierbei ist der Einsatz von Gleitlagern bei Federgabeln für Fahrräder oder Motorräder zu nennen, ebenso wie die Anwendung in geringer belasteten Stoßdämpfern (hintere Stoßdämpfer in einem Kraftfahrzeug) , in Lenksystemen oder in verschiedenen Motorkomponenten, beispielsweise einem Zahnriemenspanner. Durch die hohe Kalibrierfähigkeit wird bei diesen Anwendungen durch das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial eine stets sehr präzise ausgebildete Lagergeometrie gewährleistet.

Das Substratmaterial kann in unterschiedlicher Dicke ausgeführt sein. Bevorzugt wird eine Dicke von 0,5 mm bis 2,5 mm.

Um eine bessere Haftung der Gleitschicht auf dem Substratmaterial zu erreichen, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Oberfläche des Substratmaterials strukturiert ist. Da mit der Strukturierung lediglich eine Vergrößerung der Oberfläche, nicht aber eine Unterdrückung der Kriechneigung des Gleitlagermaterials erreicht werden soll, ist es ausreichend, dass die Tiefe der Strukturierung senkrecht zur Oberfläche des Substratmaterials 30 um bis 70 μm, vorzugsweise ca. 35 μm beträgt .

Die Strukturierung der Oberfläche kann in verschiedensten Geometrien erfolgen. Entscheidend kommt es stets darauf an, dass die Oberfläche des Substratmaterials hinreichend vergrößert bzw. aufgerauht wird, um eine bessere Haftung der

Gleitschicht auf dem Substratmaterial zu ermöglichen. Besonders bevorzugt wird dabei eine Wabenstruktur mit stegartigen Erhebungen und Senken, die beispielsweise durch Kalandrieren in die Oberfläche des Substratmaterials eingebracht wird. Als Wabenstruktur wird hier in üblicher

Weise ein Muster aus flächig angeordneten sechseckigen Zellen (Waben) verstanden, wobei die Waben als Senken durch die stegartigen Erhebungen umfangsmäßig begrenzt werden. Hierbei ist es ausreichend, dass die Breite der Waben, gemessen als Abstand zwischen parallel verlaufenden Stegen einer Wabe, 100 um bis 1000 um, vorzugsweise ca. 400 um, beträgt. Entsprechend zur vergleichsweise gering ausgeprägten Tiefe der Strukturierung kann die darüberliegende Gleitschicht vergleichsweise dick ausgeführt sein. Geeignete Dicken der Gleitschicht liegen im Bereich zwischen 100 um bis 320 μm, vorzugsweise 220 μm bis 280 um, insbesondere ca. 250 μm.

Die Gleitschicht selbst besteht bevorzugt aus einem Kunststoff, insbesondere einem Polymer-Compound. Als Polymer- Compound eignet sich insbesondere ein Fluorpolymer vorzugsweise das als Gleitlagermaterial bereits seit Jahren bewährte Polytetrafluorethylen (PTFE) . Um die Verschleißfestigkeit der Gleitschicht zu erhöhen, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Gleitschicht entsprechende Füllstoffe enthält. Hierbei handelt es sich bevorzugt um Graphit und/oder einen aromatischen Polyester, wobei dessen Anteil im Füllstoff bevorzugt etwa 15% beträgt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Lehre der Erfindung ist die Gleitschicht mittels einer Klebeschicht mit dem Substratmaterial verbunden. Bevorzugt enthält die Klebeschicht

ein Fluorpolymer, insbesondere ein Ethylen-Tetrafluorethylen- Copolymer (ETFE) . Beim Aufbringen der Klebeschicht und anschließendem Auflaminieren der Gleitschicht füllt die Klebeschicht die Senken der Oberflächenstrukturierung des Substratmaterials vollständig aus, wobei die Erhebungen der Oberflächenstrukturierung vollständig bedeckt bleiben. Die Dicke dieser Bedeckung beträgt bevorzugt 5 μm bis 20 μm, vorzugsweise 10 μm bis 15 μm.

Das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Gleitlagerbuchse.

üblicherweise handelt es sich bei diesen Gleitlagerbuchsen um einen in eine Zylinderform umgeformten

Gleitlagermaterialstreifen, wobei die einander zugewandten Enden nicht miteinander gefügt werden, sondern einen

Längsschlitz begrenzen.

Hierbei ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Breite dieses LängsSchlitzes geringer ist als die Dicke des Gleitlagermaterials der

Gleitlagerbuchse. Dies lässt sich durch die hohe plastische Verformbarkeit des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials problemlos erreichen. Gleitlagerbuchsen, die diese Bedingung erfüllen, werden auch als geschlossene Buchsen bezeichnet und haben den Vorteil, dass bei Auslieferung als Schüttgut die

Gefahr eines gegenseitigen Verhakens der Gleitlagerbuchsen {Kettenbildung) ausgeschlossen ist. Ein Substratmaterial mit höherer Streckgrenze würde aufgrund seiner höheren Elastizität ein "Schließen" des Schlitzes verhindern. Entsprechend kann durch eine geeignete Auswahl der Aluminiumlegierung, beispielsweise einer AA3005 Aluminium-Legierung mit besonders niedriger Streckgrenze, bei zylindrischen Gleitlagerbuchsen

mit oder ohne Flansch ein geschlossener Spalt im Anlieferzustand der Buchse erreicht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

In der einzigen Zeichnung ist ein erfindungsgemäßen Gleitlagermaterial im Querschnitt dargestellt. Es umfasst ein metallisches Substratmaterial 1 mit einer Oberfläche und eine die Oberfläche des Substratmaterials 1 überdeckende

Gleitschicht 3. Das Substratmaterial 1 besteht erfindungsgemäß aus einem metallischen Werkstoff mit einer Streckgrenze < 100 N/mm ² , vorliegend einer Aluminium-Legierung, bevorzugt AA3005. Aufgrund der besonders niedrigen Streckgrenze dieser Legierung (55 N/mm ² ) lässt sich das Substratmaterial 1 einfach plastisch verformen, wodurch die Kalibrierfähigkeit des Gleitlagermaterials stark verbessert wird.

Die Gleitschicht 3 besteht bevorzugt aus einem Polymer- Compound, vorliegend PTFE. Zur Verbesserung der

Verschleißfestigkeit der Gleitschicht 3 enthält die Gleitschicht 3 ferner entsprechende Füllstoffe, vorliegend Graphit und einen aromatischen Polyester, wobei dessen Anteil im Polymer-Compound 0 bis 30 %, bevorzugt 10 bis 25 %, insbesondere etwa 15% beträgt. Der Gesamtfüllstoffanteil beträgt 10 bis 30 Prozent, bevorzugt etwa 20%.

Eine sichere Haftung der Gleitschicht 3 auf dem Substratmaterial 1 wird vorliegend durch eine zwischen Gleitschicht 3 und Substratmaterial 1 vorgesehene Klebeschicht 2 gewährleistet. Bei der Klebeschicht 2 handelt es sich

vorliegend um ein Fluorpolymer, nämlich ein Ethylen- Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) .

Hinsichtlich der Schichtdimensionierung weist das Substratmaterial 1 vorliegend eine Schichtdicke von ca. 1,4 mm auf, während die Dicke der Gleitschicht 3 vorliegend ca. 250 um beträgt.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Oberfläche des Substratmaterials 1 strukturiert, um eine bessere durch die

Klebeschicht 2 vermittelte Haftung der Gleitschicht 3 auf dem Substratmaterial 1 zu erreichen. Dabei kann die Oberfläche prinzipiell in all solchen geometrischen Formen strukturiert sein, die eine signifikante Vergrößerung der Oberfläche sicherstellen. Vorliegend ist eine Wabenstruktur gewählt mit regelmäßigen stegartigen Erhebungen Ia und durch die Erhebungen eingefasste Senken {Waben) Ib. Die Höhe der stegartigen Erhebungen Ia beträgt vorliegend ca. 35 μm und die Breite der Senken Ib, definiert als Abstand zwischen parallel verlaufenden Stegen Ia einer Wabe, im Mittel ca. 400 μm. Hierdurch wird eine hinreichende Oberflächenvergrößerung erreicht, die, wie erwähnt, zu einer Verbesserung der Haftung der Gleitschicht 3 führt.

Wie aus der Zeichnung ferner hervorgeht, ist die Klebeschicht 2 derart auf die strukturierte Oberfläche des Substratmaterials 1 aufgebracht, dass sie die Senken Ib der Oberflächenstrukturierung des Substratmaterials 1 vollständig ausfüllt und die Erhebungen Ia der Oberflächenstrukturierung vollständig bedeckt. Die Dicke der die Erhebungen Ia bedeckenden Klebeschicht 2 beträgt dabei vorliegend 10 μm bis 15 μm.

Nicht dargestellt ist eine aus dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Gleitlagermaterial geformte längsgeschlitzte Gleitlagerbuchse. Aufgrund der hohen plastischen Verformbarkeit des erfindungsgemäß eingesetzten

Substratmaterials ist es hierbei möglich, die Buchse derart zu formen, dass die Breite des Längsschlitzes geringer ist als die Dicke der Gleitlagermaterialschicht. Hierdurch wird verhindert, dass sich die Gleitlagerbuchsen, welche als Schüttgut ausgeliefert werden, ineinander verhaken.

Eine solche Gleitlagerbuchse eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen vergleichsweise geringer Druckbelastungen, beispielsweise in Federgabeln für Zweiräder ebenso wie in geringer belasteten Stoßdämpfern {hintere Stoßdämpfer in einem Kraftfahrzeug) , Lenksystemen oder verschiedenen Motorkomponenten, beispielsweise in einem Zahnriemenspanner.

Das erfindungsgemäße Gleitlagermaterial eignet sich für eine Reihe weiterer Verwendungen. So ist es in vorteilhafter Weise in der Lebensmittelindustrie einsetzbar. Dies gilt für die bevorzugt als Gleitmaterial eingesetzten Polymer-Compounds, insbesondere für ein Fluorpolymer enthaltende Polymer- Compounds. Bei der Auswahl der in der Gleitschicht üblicherweise enthaltenen Füllstoffe ist entsprechend auf eine Lebensmitteltauglichkeit zu achten. Das mit einer entsprechend zusammengesetzten Gleitschicht versehene erfindungsgemäße Gleitlagermaterial eignet sich insbesondere für einen Einsatz in der Backindustrie, da die hohe Wärmeleitfähigkeit, insbesondere bei Einsatz einer Aluminiumlegierung als metallisches Substratmaterial einen guten Wärmedurchgang zum Backgut sicherstellt. Weiter ist eine gute

Korrosionsbeständigkeit auch bei wechselnder Temperaturbeanspruchung - z.B. beim Einsatz als Antihaftbeschichtung in Backöfen - gewährleistet. Wird das Gleitlagermaterial zur Auskleidung von Backformen eingesetzt, so ist eine rückstandsfreie Entformung möglich und es kann entsprechend auf eine Schmierung der Backform verzichtet werden .

Aufgrund der hohen Umformbarkeit bzw. Tiefziehfähigkeit des erfindungsgemäßen Gleitlagermaterials lassen sich Backformen unterschiedlichster Geometrie ohne großen fertigungstechnischen Aufwand erzeugen.