TITEL DER ERFINDUNG:
Mehrschichtiges Gleitelement
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges
Gleitelement, das in seiner Gleitoberfläche eine
Schmierzusammensetzung aufweist, die hauptsächlich aus
Polytetrafluorethylen (im folgenden als PTFE abgekürzt)
besteht. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
mehrschichtige Gleitelemente, wie eine Führungsbuchse für
Stoßdämpfer und Lager für eine hydraulische Pumpe, die in
ihrer Gleitoberfläche eine Schmierzusammensetzung aufweisen,
die hauptsächlich aus PTFE zusammengesetzt ist, und
ausgezeichnete Gleiteigenschaften bei der Verwendung in Öl
oder unter Ölschmierung zeigen.
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PTFE hat weite Anwendung als Ausgangsmaterial für
Gleitelemente, wie Lager, wegen seiner besonderen
charakteristischen Eigenschaften, wie ausgezeichnete
selbstschmierende Eigenschaften, niedriger
Reibungskoeffizient und hohe chemische Beständigkeit und
Wärmebeständigkeit, gefunden.
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Ein aus PTFE alleine hergestelltes Gleitelement besitzt
jedoch eine schlechte Abriebfestigkeit und Kriechfestigkeit.
Um diesen Nachteil zu überwinden, hat man je nach
Verwendungszweck der Gleitelemente verschiedene Maßnahmen
getroffen, beispielsweise (1) dem PTFE einen Füllstoff wie
Graphit, Molybdändisulfid, Glasfaser, etc. beigemischt, und
(2) eine auf einer dünnen Stahlplatte integral abgeschiedene
poröse gesinterte Metallschicht mit einer
Schmierzusammensetzung imprägniert und beschichtet.
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Ein den obigen Punkt (2) betreffendes Gleitelement wird in
JP-B-39-16950 vorgeschlagen. Diese Druckschrift JP-B-39-16950
offenbart ein Lagermaterial, das eine Matrix, die sich aus
einer porösen Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht
zusammensetzt, die auf einem Stahlträger angeordnet sein
kann, und eine Mischung aus Polytetrafluorethylen und Blei
und/oder einem Oxid davon, das zumindest an der freien Seite
der porösen Kupfer- oder Kupferlegierungsschicht imprägniert
ist, umfaßt, wobei die Menge dieser Mischung nicht weniger
als 28 Vol.-%, bezogen auf die Matrix beträgt, und die Menge
an Blei oder Blei und einem Oxid davon mindestens 16 Vol %,
bezogen auf die Matrix, ist.
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Herkömmliche Gleitelemente, wie beispielsweise das oben
offenbarte, zeigten nicht notwendigerweise eine
zufriedenstellende Abriebfestigkeit, obwohl sie einen
geringen Reibungskoeffizient aufwiesen und bewundernswerte
Reibungseigenschaften aufwiesen. Herkömmliche Gleitelemente
waren auch dahingehend von Nachteil, daß bei der Verwendung
in Öl, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsgleitzustand, die
Gleitoberfläche für bei einem solchen Gleiten verursachte
Kavitationsschäden empfänglich war, was den Abrieb der
Gleitelemente förderte.
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Als Ergebnis gewissenhafter Studien der vorliegenden Erfinder
zur Überwindung der oben erwähnten Nachteile des Stands der
Technik hat man gefunden, daß ein mehrschichtiges
Gleitelement, das man erhält, indem man eine feuchte
Schmierzusammensetzung, umfassend eine Mischung aus
Polytetrafluorethylen und 1-25 Gew.-% faserförmiges
Magnesiumoxysulfat und/oder fächerförmiges
Magnesiumoxysulfat, und ein Petroleumlösungsmittel auf einer
auf einem Stahlträger gebildeten porösen gesinterten
Metallschicht verteilt, das resultierende Produkt mit einer
Walze walzt, um eine Schmierzusammensetzung zu erhalten, die
in die gesinterte Metallschicht imprägniert ist und diese
überzieht, gefolgt von Erwärmen, um das
Petroleumlösungsmittel in der Schmierzusammensetzung unter
Verdampfen zu entfernen, und dann das resultierende Produkt
unter Erhitzen auf eine Temperatur von 360-380ºC brennt,
einen niedrigen und stabilen Reibungskoeffizient unter
Ölschmierung zeigt, und ferner ausgezeichnete
Abriebfestigkeits- und Antikavitationseigenschaften aufweist.
Auf der Grundlage dieses Befunds wurde die vorliegende
Erfindung gemacht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
mehrschichtiges Gleitelement bereitzustellen, das
ausgezeichnete Reibungseigenschaften und abriebfeste
Eigenschaften zeigt und ebenfalls ausgezeichnete
Antikavitationseigenschaften aufweist bei der Verwendung in
Öl im Hochgeschwindigkeitsgleitzustand.
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In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
mehrschichtiges Gleitelement bereitgestellt, umfassend eine
Schmierzusammensetzung, umfassend Polytetrafluorethylen und
1-25 Gew.-% eines faserförmigen Magnesiumoxysulfats, eines
fächerförmigen Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon
als Füllstoff, und eine auf einem Stahlträger gebildete
poröse gesinterte Metallschicht,
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wobei die Schmierzusammensetzung in die auf dem Stahlträger
gebildete poröse gesinterte Metallschicht imprägniert ist und
diese überzieht.
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In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
mehrschichtiges Gleitelement bereitgestellt, umfassend eine
Schmierzusammensetzung, umfassend Polytetrafluorethylen, 1-25
Gew.-% eines faserförmigen Magnesiumoxysulfats, eines
fächerförmigen Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon
als erster Füllstoff, und 1-20 Gew.-% von mindestens einem
Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat,
Magnesiumsilikat, Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinksulfid,
Kalziumfluorid, Natriumfluorid, fluorhaltigem Glimmer und
Bariumsulfat als einem zweiten Füllstoff, wobei die
Gesamtmenge der ersten und zweiten Füllstoffe in der
Zusammensetzung nicht mehr als 30 Gew.-% beträgt; und eine
auf einem Stahlträger gebildete poröse gesinterte
Metallschicht,
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wobei die Schmierzusammensetzung in die auf dem Stahlträger
gebildete poröse gesinterte Metallschicht imprägniert ist und
diese überzieht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Träger ist eine
dünne Metallplatte. Üblicherweise verwendet man eine dünne
Platte eines Bauwalzstahls, aber man kann je nach
Verwendungszweck des hergestellten Gleitelements auch andere
Arten einer dünnen Stahlplatte oder dünne Platten aus anderen
Metallen als aus Stahl verwenden. Ebenfalls verwendbar sind
die zuvor erwähnten dünnen Metallplatten, die einer
spezifischen Behandlung, wie dem Kupferplattieren zur
Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit unterzogen wurden.
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In der vorliegenden Erfindung ist die auf dem Träger integral
gebildete poröse gesinterte Metallschicht üblicherweise aus
einer Kupferlegierung mit ausgezeichneten
Reibungsabriebeigenschaften, wie Bronze, Bleibronze,
Phosphorbronze, etc. zusammengesetzt. Je nach
Verwendungszweck des Gleitelements ist es aber möglich,
andere Verbindungen als Kupferlegierungen zu verwenden, wie
eine Aluminiumlegierung, Eisen, etc.. Die Pulverform dieser
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Legierungen ist
vorzugsweise kugelförmig oder eine irreguläre Teilchenform,
beispielsweise granular.
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Die Porosität der erfindungsgemäß verwendeten porösen
gesinterten Metallschicht beträgt nicht weniger als 25 %,
vorzugsweise 28 bis 35 %. Man kann eine gesinterte
Metallschicht mit einer Porosität in dem zuvor definierten
Bereich erhalten, indem man ein Metallpulver mit einer
Teilchengröße, die ein 80-Mesh-Sieb passieren kann, jedoch
kein 350-Mesh-Sieb passieren kann, sintert.
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Als PTFE, das den Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen
Schmierzusammensetzung bildet, verwendet man üblicherweise
ein feiner Pulver (z.B. "Teflon 6CJ", hergestellt von Mitsui
Du Pont Fluorochemical Co., Ltd.; "Polyflon F201",
hergestellt von Daikin Industries Ltd.; und "Fluon CD-076,
CD-126 und CD-4", hergestellt von Asahi Glas Co., Ltd.). Es
ist ebenfalls möglich, ein Pulver zu verwenden, das man
erhält, indem man dem feinen Pulver ein Formpulver (z.B.
"Teflon 7AJ", hergestellt von Mitsui Du Pont Fluorochemical
Co., Ltd.) in einer Menge des Formpulvers von nicht mehr als
20 Gew.-%, bezogen auf die Schmierzusammensetzung, beimengt.
Der PTFE-Gehalt in der Schmierzusammensetzung liegt im
Bereich von 50 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 65 bis 85 Gew.-%.
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Das Magnesiumoxysulfat, das man als ersten Füllstoff für den
Hauptbestandteil PTFE der erfindungsgemäßen
Schmierzusammensetzung verwendet, ist ein basisches
Magnesiumsulfathydrat, das durch die chemische Formel:
MgSO&sub4; 5MgO 8H&sub2;O oder MgSO&sub4; 5Mg(OH)&sub2; 3H&sub2;O dargestellt
wird. Man geht davon aus, daß diesem Magnesiumoxysulfat die
Rolle zukommt, die Mängel des PTFE zu kompensieren, das eine
schlechte Abriebbeständigkeit zeigt, die
Binde(Halte)fähigkeit für den Ölfilm bei der Verwendung in Öl
oder unter Ölschmierung zu erhöhen, während gleichzeitig die
Antikavitationseigenschaften verbessert werden, und die
Dispergierbarkeit des anderen Füllstoffs zu verbessern.
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Als Magnesiumoxysulfat kann man den faserförmigen Typ oder
den fächerförmigen Typ verwenden. Der fächerförmige Typ ist
aus zu einer fächerartigen Konfiguration gewachsenen
Kristallen zusammengesetzt, die zusammengebündelte
nadelförmige Kristalle umfaßt (man beziehe sich auf die
Photographie Nr. 3 in "The Properties and Applications of
Fibrous Magnesium Hydroxide Sulfate Rydrate 'MOS HIGE',
Annal. High Perform. Paper Soc., No. 27, Nov. 1988, Seiten
26-31). Im Hinblick auf die Dispergierbarkeit in PTFE und die
Bearbeitbarkeit beim Imprägnieren und Auftragen der
Schmierzusammensetzung in und auf die poröse gesinterte
Metallschicht, ist die Verwendung von fächerförmigem
Magnesiumoxysulfat bevorzugt.
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Dieses Magnesiumoxysulfat enthält Kristallwasser, wie man an
der oben angegebenen chemischen Formel erkennt, so daß, wenn
man diese Verbindung, so wie sie ist, PTFE zur Bildung der
Schmierzusammensetzung beimengt, es im Laufe des Brennens der
Schmierzusammensetzung in Abhängigkeit von der Menge der
beigemengten Verbindung zu einer Freisetzung von
Kristallwasser kommen könnte, und solch eine
Kristallwasserfreisetzung die Bildung von feinen Löchern
(pinholes) in der Gleitoberfläche verursachen kann. Auch wenn
diese feinen Löcher die Gleiteigenschaften nicht nachteilig
beeinflussen, so können sie dennoch das Adhäsionsvermögen der
Schmierzusammensetzung gegenüber der gesinterten
Metallschicht verringern, so daß es bevorzugt ist, das
Magnesiumoxysulfat bei einer Temperatur von 300-500ºC mit
Ritze zu behandeln, um das Kristallwasser entfernen zu
lassen, bevor diese Verbindung dem PTFE beigemengt wird.
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Das erfindungsgemäß verwendete Magnesiumoxysulfat gehört
vorzugsweise zu einem faserförmigen Kristalltyp oder
fächerförmigen Kristalltyp (mit zusammengebündelten
nadelförmigen Kristallen) mit einer mittleren Länge
(Durchmesser der Hauptachse) von 1 bis 1000 um, vorzugsweise
10 bis 200 um, einem mittleren Durchmesser (Durchmesser der
Nebenachse) von 0,1 bis 10 um, vorzugsweise 0,1 bis 1 um, und
einem Längenverhältnis (mittlerer
Hauptachsendurchmesser/mittlerer Nebenachsendurchmesser) von
10 bis 200, vorzugsweise 10 bis 100. Ein typisches Beispiel
eines solchen Magnesiumoxysulfats ist "MOS-HIGE", das von den
Ube Industries, Ltd. hergestellt wird.
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Der Magnesiumoxysulfatgehalt in der Schmierzusammensetzung
beträgt 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 15 Gew.-%. Wenn
der Gehalt weniger als 1 Gew.-% beträgt, kann er der
Schmierzusammensetzung nicht die gewünschte Abriebfestigkeit,
Antikavitationseigenschaften und Ölfilmbindefähigkeit
verleihen. Wenn der Gehalt 25 Gew.-% übersteigt, kann sich
die Bearbeitbarkeit der Zusammensetzung verschlechtern.
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Um die Abriebfestigkeit und die Ölfilmbindefähigkeit der PTFE
und Magnesiumoxysulfat umfassenden Schmierzusammensetzung
weiter zu fördern, kann man zusätzlich zu dem
Magnesiumoxysulfat (erster Füllstoff) mindestens eine
Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat,
Magnesiumsilikat, Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinksulfid,
Kalziumfluorid, Natriumfluorid, fluorhaltigem Glimmer und
Bariumsulfat als zweiten Füllstoff zugeben. Unter diesen
Verbindungen sind Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid,
Magnesiumsilikat, fluorhaltiger Glimmer und Zinkoxid zum
Zwecke einer weiteren Steigerung der Ölfilmbindefähigkeit der
Schmierzusammensetzung bevorzugt.
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Diese Zweitfüllstoff-Verbindungen haben die Eigenschaft, Öl
zu adsorbieren und, wenn man das Gleitelement in Öl oder
unter Ölschmierung verwendet, fungieren sie als Öladsorber
auf der Gleitoberfläche, um die Bildung eines Ölfilms auf der
Gleitoberfläche zu fördern, während die Bindung des Ölfilms
auf der Gleitoberfläche gesichert wird. Somit trägt das
Beimengen des zweiten Füllstoffs zur Bildung eines immer
stabilen Schmierölfilms auf der Gleitoberfläche bei und
gestattet es dem hergestellten Gleitelement, die
ausgezeichneten Gleiteigenschaften unter Ölschmierung
aufzuweisen.
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Die mittlere Teilchengröße des zweiten Füllstoffs beträgt
nicht mehr als 20 um, vorzugsweise 1 bis 10 um.
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Die durch Zumischen des zweiten Füllstoffs erzielte Wirkung
wird bei einem Gehalt von 1 Gew.-% erkennbar und bleibt bis
zum Gehalt von 20 Gew.-% aufrechterhalten. Wenn sein Gehalt
jedoch 20 Gew.-% übersteigt, wird die Bearbeitbarkeit des
Gleitelements nachteilig beeinflußt, obwohl die
Ölfilmbildungs- und Ölfilmbindewirkungen aufrechterhalten
werden. Daher beträgt der Gehalt des zweiten Füllstoffs in
der Schmierzusammensetzung nicht mehr als 20 Gew.-%,
vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, stärker bevorzugt 5 bis 10
Gew.-%. Über diesen sollte jedoch je nach Mischverhältnis des
ersten Füllstoffs (Magnesiumoxysulfat) entschieden werden.
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Es sei angemerkt, daß wenn in der vorliegenden Erfindung der
Gesamtgehalt des ersten Füllstoffs (Magnesiumoxysulfat) und
des zweiten Füllstoffs 30 Gew.-% übersteigt, die
Bearbeitbarkeit der Schmierzusammensetzung, wie
beispielsweise die Expandierbarkeit, und die
Imprägnierungsund Beschichtungseigenschaften für die poröse gesinterte
Metallschicht nachteilig beeinflußt werden. Daher beträgt der
Gesamtgehalt der ersten und zweiten Füllstoffe in der
Zusammensetzung nicht mehr als 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis
28 Gew.-%, stärker bevorzugt 15 bis 25 Gew.-%.
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Zu der aus (1) PTFE und einem ersten Füllstoff, oder (2)
PTFE, einem ersten Füllstoff und einem zweiten Füllstoff,
zusammengesetzten Schmierzusammensetzung kann man ein anderes
Fluorharz oder andere Fluorharze als PTFE zum Zwecke einer
weiter verbesserten Abriebfestigkeit und weiter verbesserter
Antikavitationseigenschaften beimengen.
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Beispiele solcher Fluorharze sind
Tetrafluorethylenperfluoralkylvinylether-Copolymer (im folgenden als PFA
bezeichnet), Tetrafluorethylen-hexafluorpropylen-Copolymer
(im folgenden als FEP bezeichnet), Tetrafluorethylen-ethylen-
Copolymer (im folgenden als ETFE bezeichnet),
Polychlortrifluorethylen (im folgenden als PCTFE bezeichnet),
Chlortrifluorethylen-ethylen-Copolymer (im folgenden als
ECTFE bezeichnet), Polyvinylidenfluorid (im folgenden als
PVDF bezeichnet) und Polyvinylfluorid (im folgenden als PVF
bezeichnet).
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In der Zusammensetzung beträgt der Fluorharzgehalt
vorzugsweise nicht mehr als 30 Gew.-%, stärker bevorzugt
reicht er von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die
Zusammensetzung. Übersteigt der Gehalt 30 Gew.-%,
verschlechtern sich die Gleiteigenschaften, wobei
insbesondere der Reibungskoeffizient steigt, was zu einer
verringerten Gleitstabilität führt.
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Ferner kann man zu der erfindungsgemäßen
Schmierzusammensetzung, die aus (1) PTFE und einem ersten
Füllstoff, (2) PTFE, einem ersten Füllstoff und einem zweiten
Füllstoff, oder (3) PTFE, einem ersten Füllstoff und einem
Fluorharz, (4) PTFE, einem ersten Füllstoff, einem zweiten
Füllstoff und einem Fluorharz zusammengesetzt ist, mindestens
ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Blei,
Zink, Zinn, Kupfer und Legierungen davon als metallischen
Füllstoff für eine weitere Verbesserung der Gleitstabilität
und der Abriebfestigkeit beimengen.
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Der erfindungsgemäß verwendete metallische Füllstoff ist
vorzugsweise ein Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von
40 bis 80 um und dessen Gehalt in der Zusammensetzung beträgt
vorzugsweise nicht mehr als 20 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,1
bis 15 Gew.-%
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Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen
Schmierzusammensetzung kann wie folgt verdeutlicht werden.
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(1) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 75 bis 99 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; und 1-25 Gew.-% eines
faserförmigen Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon.
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(2) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 70 bis 98 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon als ersten
Füllstoff; und 1-20 Gew.-% mindestens eines Mitglieds
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid,
Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsilikat,
Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinksulfid, Kalziumfluorid,
Natriumfluorid, fluorhaltigem Glimmer und Bariumsulfat
als zweiten Füllstoff, wobei der Gesamtgehalt der ersten
und zweiten Füllstoffe in der Zusammensetzung nicht mehr
als 30 Gew.-% beträgt.
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(3) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 50 bis 99 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon; und nicht
mehr als 30 Gew.-% eines Fluorharzes ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus
Tetrafluorethylenperfluoralkylvinylether-Copolymer,
Tetrafluorethylenhexafluorpropylen-Copolymer, Tetrafluorethylen-ethylen-
Copolymer, Polychlortrifluorethylen,
Chlortrifluorethylen-ethylen-Copolymer,
Polyvinylidenfluorid und Polyvinylfluorid.
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(4) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 50 bis 98 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon als ersten
Füllstoff; 1-20 Gew.-% mindestens eines Mitglieds
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid,
Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsilikat,
Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinksulfid, Kalziumfluorid,
Natriumfluorid, fluorhaltigem Glimmer und Bariumsulfat
als zweiten Füllstoff, wobei der Gesamtgehalt der ersten
und zweiten Füllstoffe in der Zusammensetzung nicht mehr
als 30 Gew.-% beträgt; und nicht mehr als 30 Gew.-%
eines Fluorharzes ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Tetrafluorethylen-perfluoralkylvinylether-Copolymer,
Tetrafluorethylen-hexafluorpropylen-Copolymer,
Tetrafluorethylen-ethylen-Copolymer,
Polychlortrifluorethylen, Chlortrifluorethylen-ethylen-
Copolymer, Polyvinylidenfluorid und Polyvinylfluorid.
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(5) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 75 bis 99 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon; und nicht
mehr als 20 Gew.-% von mindestens einem metallischen
Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Blei,
Zink, Zinn, Kupfer und einer Legierung davon.
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(6) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 70 bis 98 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon als ersten
Füllstoff; 1-20 Gew.-% mindestens eines Mitglieds
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid,
Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsilikat,
Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinksulfid, Kalziumfluorid,
Natriumfluorid, fluorhaltigem Glimmer und Bariumsulfat
als zweiten Füllstoff, wobei der Gesamtgehalt der ersten
und zweiten Füllstoffe in der Zusammensetzung nicht mehr
als 30 Gew.-% beträgt; und nicht mehr als 20 Gew.-%
mindestens eines metallischen Füllstoffs, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Blei, Zink, Zinn, Kupfer und
einer Legierung davon.
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(7) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 50 bis 99 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon; nicht
mehr als 30 Gew.-% eines Fluorharzes ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus
Tetrafluorethylenperfluoralkylvinylether-Copolymer,
Tetrafluorethylenhexafluorpropylen-Copolymer, Tetrafluorethylen-ethylen-
Copolymer, Polychlortrifluorethylen,
Chlortrifluorethylen-ethylen-Copolymer,
Polyvinylidenfluorid und Polyvinylfluorid; und nicht
mehr als 20 Gew.-% von mindestens einem metallischen
Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Blei,
Zink, Zinn, Kupfer und einer Legierung davon.
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(8) Eine Schmierzusammensetzung umfaßt 50 bis 98 Gew.-%
Polytetrafluorethylen; 1-25 Gew.-% eines faserförmigen
Magnesiumoxysulfats, eines fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats oder einer Mischung davon als ersten
Füllstoff; 1-20 Gew.-% mindestens eines Mitglieds
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid,
Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsilikat,
Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinksulfid, Kalziumfluorid,
Natriumfluorid, fluorhaltigem Glimmer und Bariumsulfat
als zweiten Füllstoff, wobei der Gesamtgehalt der ersten
und zweiten Füllstoffe in der Zusammensetzung nicht mehr
als 30 Gew.-% beträgt; nicht mehr als 30 Gew.-% eines
Fluorharzes ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Tetrafluorethylen-perfluoral kylvinylether-Copolymer,
Tetrafluorethylen-hexafluorpropylen-Copolymer,
Tetrafluorethylen-ethylen-Copolymer,
Polychlortrifluorethylen, Chlortrifluorethylen-ethylen-
Copolymer, Polyvinylidenfluorid und Polyvinylfluorid;
und nicht mehr als 20 Gew.-% von mindestens einem
metallischen Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Blei, Zink, Zinn, Kupfer und einer
Legierung davon.
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In der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, der
Schmierzusammensetzung einen anderen Füllstoff (andere
Füllstoffe), die üblicherweise zur Verbesserung der
Abriebfestigkeit von PTFE verwendet werden, beispielsweise
feste Schmiermittel wie Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid
und dergleichen, in einer Menge, die 10 Gew.-% nicht
übersteigt, sowie auch jene Füllstoffe, die allgemein zur
Verstärkung verwendet werden, beispielsweise eine
Faserverstärkung, wie Kohlenstoffaser, Glasfaser, Aramidfaser
und dergleichen in einer 10 Gew.-% nicht übersteigenden Menge
beizumengen.
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Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Gleitelements wird nachstehend beschrieben.
Herstellung einer Schmierzusammensetzung
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PTFE-Pulver, 1-25 Gew.-% eines ersten Füllstoffs, nicht mehr
als 20 Gew.-% eines zweiten Füllstoffs, und nicht mehr als 30
Gew.-% eines Fluorharzes und nicht mehr als 20 Gew.-% eines
metallischen Füllstoffes werden gemischt, während man bei
einer Temperatur von nicht mehr als dem Umwandlungspunkt
(19ºC) des PTFE, vorzugsweise bei 10 bis 18ºC pulverisiert.
Zu der resultierenden Mischung, die man bei einer Temperatur
von nicht mehr als 19ºC, vorzugsweise bei 10 bis 18ºC hält,
gibt man ein Petroleumlösungsmittel in einer Menge von 15-30
Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung,
worauf man unter Rühren mischt, um eine feuchte
Schmierzusammensetzung zu erhalten.
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Die hier verwendbaren Petroleumlösungsmittel umfassen
Naphtha, Toluol, Xylol, aliphatische Lösungsmittel, und eine
Mischung aus aliphatischen und naphthenischen Lösungsmitteln.
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Wenn das Mischverhältnis des Petroleumlösungsmittels in der
feuchten Schmierzusammensetzung weniger als 15 Gewichtsteile
bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung beträgt,
verschlechtert sich die Expandierbarkeit der
Schmierzusammensetzung beim Imprägnier- und
Beschichtungsschritt für die poröse gesinterte Metallschicht,
wie er nachstehend beschrieben wird, und die Imprägnierung
und Beschichtung neigt dazu, ungleichmäßig zu werden. Wenn
andererseits das Mischverhältnis des Petroleumlösungsmittels
30 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Mischung,
übersteigt, wird nicht nur die Durchführung des
Imprägnierund Beschichtungsschritts schwierig, sondern es neigt auch
die Beschichtungsdicke dazu, ungleichmäßig zu werden, oder es
kann die Adhäsionsfestigkeit zwischen der
Schmierzusammensetzung und der Sinterschicht verringert
werden.
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Durch Mischen bei einer Temperatur unterhalb des
Umwandlungspunkts des PTFE ist es möglich, das Fasern
(Fibrization) des PTFEs zu verhindern und eine homogene
Mischung zu erhalten.
Herstellung des Gleitelements
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(a) Man verteilt eine feuchte Schmierzusammensetzung
mit Benetzbarkeit auf einer auf einem metallischen Träger
gebildeten porösen gesinterten Metallschicht und walzt mit
einer Walze, um die Zusammensetzung in einer in die
gesinterte Schicht imprägnierten Form zu erhalten, während
man einen gleichmäßigen Überzug der Zusammensetzung auf der
Oberfläche der Sinterschicht bildet. In diesem Schritt trägt
man die feuchte Schmierzusammensetzung bis zu einer Dicke von
dem 2 bis 2,5-fachen der im Endprodukt erforderlichen
Beschichtungsdicke auf. Das Füllen der Lücken in der porösen
gesinterten Metallschicht mit der feuchten
Schmierzusammensetzung wird in diesem Schritt im wesentlichen
abgeschlossen.
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(b) Der Träger, der die mit der feuchten
Schmierzusammensetzung imprägnierte und beschichtete poröse
gesinterte Metallschicht aufweist, wird dann ein paar Minuten
in einem auf eine Temperatur von 200 bis 250ºC erhitzten
Trockenofen aufbewahrt, um das Petroleumlösungsmittel
verflüchtigen zu lassen, und dann walzt man die getrocknete
Schmierzusammensetzung auf eine bestimmte Dicke mit einer
Druckwalze und einem Druck von etwa 300 bis 600 kg/cm².
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(c) Danach plaziert man den Träger mit der gewalzten,
trockenen Schmierzusammensetzung in einen auf eine Temperatur
von 360 bis 380ºC erhitzten Heizofen über mehrere bis zehn
und mehrere Minuten, und nimmt danach das gebrannte Produkt
aus dem Ofen und führt es erneut unter der Walze hindurch, um
Veränderungen in den Dimensionen zu regulieren.
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(d) Nach der Dimensionsregulierung wird der Träger mit
der darauf gebildeten Gleitoberfläche abgekühlt und ggf.
zwischen Korrekturwalzen, um Wellenbildung und/oder andere
Verformungen des Trägers zu korrigieren, wobei man auf diese
Weise schließlich das gewünschte mehrschichtige Gleitelement
erhält.
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Man kann dieses mehrschichtige Gleitelement, in der Form
einer flachen Platte auf die zur Verwendung als Gleitplatte
geeignete Größe zurechtschneiden, oder man kann es rundbiegen
unter Bildung einer zylindrischen Spiralbuchse.
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Die dicke der porösen gesinterten Metallschicht in dem
erfindungsgemäßen mehrschichtigen Gleitelement beträgt 0,1
bis 0,35 mm, und die Dicke der aus der zuvor beschriebenen
Schmierzusammensetzung gebildeten Gleitoberflächenschicht
beträgt 0,02 bis 0,15 mm.
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Der Reibungskoeffizient des erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Gleitelements, wie er in einem Stoßtest bestimmt wird, bei
dem die Bedingungen eine Gleitgeschwindigkeit von 10 m/min,
eine Last von 40 kgf/cm² und eine Testzeit von 8 Stunden
sind, beträgt 0,01 bis 0,09, vorzugsweise 0,01 bis 0,06, und
die Abriebmenge in obigem Test ist nicht mehr als 40 um,
vorzugsweise nicht mehr als 30 um, stärker bevorzugt nicht
mehr als 20 um.
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Ferner beträgt der Reibungskoeffizient des vorliegenden
Gleitelements, wie er in einem in einem Hochtemperaturöl
(100ºC, ATF-DII, hergestellt von Idemitsu Sekiyu Co., Ltd.)
durchgeführten Radialzapfentest (Radial Journal test)
bestimmt wird, dessen Bedingungen eine Gleitgeschwindigkeit
von 8,05 m/min, eine Last von 363,6 kgf/m und eine Testzeit
von 5 Stunden sind, 0101 bis 0,02, vorzugsweise 0,01 bis
0,015, und die Abriebmenge in solch einem Gleittest beträgt
nicht mehr als 40 um, vorzugsweise nicht mehr als 30 um,
stärker bevorzugt nicht mehr als 25 um.
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Die Schmierzusammensetzung, die erfindungsgemäß in eine auf
einem Träger gebildete poröse gesinterte Metallschicht
imprägniert ist und diese überzieht, zeigt einen geringen und
stabilen Reibungskoeffizient und zeigt ferner ausgezeichnete
abriebfeste Eigenschaften und Antikavitationseigenschaften,
insbesondere unter Ölschmierung oder in einem
Hochtemperaturöl.
BEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detaillierter
unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Diese Beispiele
sollen jedoch keineswegs als den Erfindungsbereich begrenzend
verstanden werden.
Beispiele und vergleichsbeispiele
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PTFE-Pulver (Teflon 6CJ, hergestellt von Mitsui Du Pont
Fluorochemical Co., Ltd.; mittlerer Teilchendurchmesser:
nicht mehr als 80 um) und ein Füllstoff (Füllstoffe), wie in
Tabelle 1 gezeigt, wurden pulverisiert und mit einem
Henschel-Mischer gemischt. Zu dem resultierenden Mischpulver
mengte man ein aliphatisch/naphthenisches Mischlösungsmittel
in einer Menge von 20 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile
des Mischpulvers bei, und mischte diese bei einer Temperatur,
die nicht höher als der Umwandlungspunkt des PTFE lag, unter
Erhalt einer feuchten Schmierzusammensetzung. Diese feuchte
Schmierzusammensetzung verteilte man auf einer porösen
gesinterten Metallschicht (Dicke: 0,25 mm), die auf einer
dünnen Stahlträgerplatte (Dicke: 0,70 mm) gebildet worden
war, und walzte bis zu einer Beschichtungsdicke von 0,25 mm,
um eine mehrschichtige Platte zu bilden. Diese mehrschichtige
Platte wurde in einem 200ºC-Heißlufttrockenofen 5 Minuten
aufbewahrt, um das Lösungsmittel zu verdampfen und dann
preßte man die getrocknete Schmierzusammensetzungsschicht mit
einer Walze unter einem Druck von 400 kg/cm² auf eine Dicke
von 0,10 mm.
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Man plazierte die gepreßte Mehrschichtplatte in einen
erhitzten Reizofen und brannte 10 Minuten bei einer
Temperatur von 370ºC und preßte dann erneut mit einer Walze.
Nach einer Dimensionsregulierung und einer Korrektur von
Verformungen, wie Wellenbildung, schnitt man die Platte zu
einer plattenartigen Gleitelementprobe mit 30 mm x 30 mm x
1,05 mm (in der Dicke).
Reibungsabriebtest I
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Jede der Gleitelementproben, die man auf die zuvor
beschriebene Weise in den Beispielen und den
Vergleichsbeispielen erhalten hatte, wurde einem Stoßtest (I)
unter den folgenden Bedingungen unterzogen, um ihre
Reibungsabriebeigenschaften zu bestimmen.
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Gleitbedingungen:
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Gleitgeschwindigkeit 10 m/min
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Last 40 kgf/cm²
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Testzeit 8 Stunden
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Schmiermittel anfängliche Anwendung von ATF-D
II (hergestellt von Idemitsu
Sekiyu Co., Ltd.)
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Gegenelement Kohlenstoffstahl für
Maschinenbau (S45C)
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Im Rinblick auf den Reibungskoeffizienten wurde der Wert des
Reibungskoeffizienten während der Testdauer eine Stunde nach
Testbeginn gezeigt, und bezüglich der Abriebmenge maß man den
Betrag der Dimensionsänderung der Gleitoberfläche nach der
8-stündigen Testdauer.
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Die Reibungsbetrageigenschaften der jeweiligen
Gleitelementproben sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 1 (Fortsetzung)
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(Anmerkung) Die Ausdrücke "faserförmig" und "fächerförmig"
in der Spalte "Magnesiumoxysulfat" in obiger Tabelle
bedeuten, daß man faserförmiges Magnesiumoxysulfat und
fächerförmiges Magnesiumoxysulfat verwendete. In der obigen
Tabelle sind die Mengen an PTFE, Magnesiumoxysulfat (erster
Füllstoff), zweiter Füllstoff, Fluorharz und metallischen
Füllstoff als Gew.-% angegeben.
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Die Testergebnisse zeigen, daß die Gleitelementproben gemäß
den erfindungsgemäßen Beispielen einen geringen
Reibungskoeffizient aufwiesen und über die ganze Testdauer
eine stabile Leistung aufrechterhielten und ferner auch eine
sehr geringe, nach dem Test gemessene, Abriebmenge zeigten.
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Andererseits waren die Gleitelementproben gemäß den
Vergleichsbeispielen relativ instabil hinsichtlich des
Reibungskoeffizienten und erlitten einen starken Abrieb durch
Abnutzung beim Test, was ein Problem hinsichtlich der
Haltbarkeit darstellt.
Reibungsabriebtest II
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Ein Stoßtest II wurde auf ähnliche Weise in Öl unter den
gleichen Bedingungen, wie sie im Stoßtest I verwendet wurden,
durchgeführt, abgesehen davon, daß man die
Gleitgeschwindigkeit auf 40 m/min und die Last auf 10 gf/cm²
änderte. Im Ergebnis zeigte die Gleitelementprobe, die man
durch Mischen von 10 Gew.-% fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats mit PTFE (Beispiel 20) hergestellt hatte,
eine Abriebmenge von 30,4 um, während die Probe, die man
durch Beimengen von 10 Gew.-% fächerförmigen
Magnesiumoxysulfats und 10 Gew.-% Zinkoxid zu PTFE (Beispiel
8) hergestellt hatte, eine Abriebmenge von nur 8,3 um, was
die ausgezeichnete Abriebfestigkeit dieser Proben anzeigte.
Ferner beobachtete man kein Abblättern der Oberflächenschicht
des Lagers.
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Somit waren die erfindungsgemäßen Gleitelementproben nicht
dem Einfluß der Kavitation ausgesetzt, wiesen sehr geringe
Abriebmengen auf und zeigten stabile Gleiteigenschaften
selbst unter Hochgeschwindigkeitsgleitbedingungen.
Reibungsabriebtest III
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Die Reibungsabriebeigenschaften der Gleitelementproben der in
Tabelle 1 gezeigten Beispiele wurden mit den folgenden Tests
bestimmt.
(1) Stoßtest III
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Gleitbedingungen:
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Gleitgeschwindigkeit 10 m/min
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Last 80 kgf/cm²
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Testzeit 8 Stunden
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Schmiermittel anfängliche Anwendung von ATF-D
II (hergestellt von Idemitsu
Sekiyu Co., Ltd.)
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Gegenelement rostfreier Stahl (SUS 304)
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Im Hinblick auf den Reibungskoeffizienten wurde der Wert des
Reibungskoeffizienten während der Testdauer eine Stunde nach
Testbeginn gezeigt, und bezüglich der Abriebmenge maß man den
Betrag der Dimensionsänderung der Gleitoberfläche nach der
8-stündigen Testdauer. Die Resultate sind in Tabelle 2
gezeigt.
(2) Radialzapfentest in Hochtemperaturöl
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Gleitbedingungen:
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Gleitgeschwindigkeit 8,05 m/min
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Last 363,6 kgf/cm²
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Testzeit 5 Stunden
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Schmiermittel in Rochtemperatur (100ºC)-Öl
(ATF-DII, hergestellt von
Idemitsu Sekiyu Co., Ltd.)
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Gegenelement Cr-Mo-Stahl (SCM 415H)
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Im Hinblick auf den Reibungskoeffizienten wurde der Wert des
Reibungskoeffizienten während der Testdauer eine Stunde nach
Testbeginn gezeigt, und bezüglich der Abriebmenge maß man den
Betrag der Dimensionsänderung der Gleitoberfläche nach der
5-stündigen Testdauer. Die Resultate sind in Tabelle 2
gezeigt.
Tabelle 2
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Wie man anhand der Testergebnisse erkennt, zeigten die
erfindungsgemäßen Gleitelementproben eine stabile
Leistungsfähigkeit mit einem über die Testzeit
aufrechterhaltenen geringen Reibungskoeffizienten. Die nach
dem Test gemessene Abriebmenge dieser Proben war ebenfalls
sehr gering.