滑動層和具有這種滑動層的滑動元件的制作方法
【專利說明】滑動層和具有這種滑動層的滑動元件
[0001] 本發(fā)明設及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的基于纖維增強塑料的滑動層。本發(fā) 明還設及一種具有該種滑動層的滑動元件W及該滑動元件的用途。
[0002] 滑動軸承件通常由承載層和滑動層構(gòu)成?；瑒訉踊诶w維增強塑料制成，纖 維增強塑料具有塑料基質(zhì)和作為增強材料的塑料絲，其中所述塑料絲可W具有長絲 (Filamenten)。該樣的滑動層和滑動元件例如由DE 10 2006 043 065 B3已知。
[0003] 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸基本上水平安置（水平轉(zhuǎn)子型）的風輪機具有設置于塔桿上的機艙。
[0004] 所述機艙軸承既可W W滾珠回轉(zhuǎn)聯(lián)接形式也可W W滑動回轉(zhuǎn)聯(lián)接形式來實現(xiàn)。在 兩種情況下，曬合的、塔桿固定的軸承環(huán)與機座底板上的軸承環(huán)之間均發(fā)生相對運動。在機 座上固定地安裝有多個具有減速器的驅(qū)動電機，它們分別通過傳動軸齒輪與塔桿固定的軸 承環(huán)的齒部曬合。該系統(tǒng)稱為偏航軸承（英文；Yawsystem)。
[0005] 在已知的風輪機中，端流引起的圍繞塔桿旋轉(zhuǎn)軸的力矩在滾珠回轉(zhuǎn)聯(lián)接的情況下 通常由獨立的制動裝置來吸收。在使用滑動軸承（滑動回轉(zhuǎn)聯(lián)接）的情況下，如例如在US 6, 814, 493 B2中所描述的那樣，只要滑動襯層具有合適的滑動系數(shù)，在運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的力絕 大部分能通過滑動襯層的摩擦來抵消。偏航軸承的兩種類型通常均具有驅(qū)動電機，其中還 設置額外的制動裝置，W便在驅(qū)動端消除運轉(zhuǎn)扭矩的額外部分和可能出現(xiàn)的極端負荷。
[0006] 在風輪機運轉(zhuǎn)時，在為了得到最佳的轉(zhuǎn)子進流而操控系統(tǒng)的過程中，利用相應的 驅(qū)動裝置使機艙圍繞垂直線旋轉(zhuǎn)預定的角度位置并且固定在那里。
[0007] 在該種運轉(zhuǎn)情況下，可能產(chǎn)生尖銳噪音或震顫噪音，其通過共振體塔桿福射至很 遠都能聽到并且通過基座傳導到地面。
[000引所述尖銳噪音或震顫噪音由所謂的粘著滑動（英文"stick-slip")引起。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，在滑動襯層與塔桿固定的由鋼構(gòu)成的滑環(huán)之間的滑動接觸中激發(fā)振動。所述振動自身 或者振動頻率和振動強度由整個系統(tǒng)（具有各自質(zhì)量和彈性系數(shù)的共振體）決定。
[0009] 據(jù)信，要產(chǎn)生尖銳噪音或震顫噪音，必須向共振體中引入最低能量。
[0010] 已經(jīng)嘗試通過如下方式來避免向共振體中引入該最低能量；在發(fā)生位置，即滑動 軸承件上或者在鄰近滑動軸承件處采取吸收能量的措施。
[0011] 一種解決方案在于限制滑動軸承件的運動W及在滑動軸承件與軸承襯套之間設 置至少一個主動耗散元件，由此提早吸收所述能量，從而避免尖銳噪音。
[0012] 該類措施是復雜且成本高昂的，其中并未始終完全且可靠地避免尖銳噪音。
[0013] 本發(fā)明的目的在于，避免在滑動層和滑動元件中（尤其當在風輪機中使用時）出 現(xiàn)粘滑運動并由此避免尖銳噪音或震顫噪音的出現(xiàn)。
[0014] 該目的利用權(quán)利要求1的特征得W實現(xiàn)。
[0015] 通過添加至少一種金屬皂作為滑動層的塑料基質(zhì)的成分，尤其是在與由鋼構(gòu)成的 相對運動部件（G巧cniaul'ctO-起使用的情況下，可W很大程度上防止粘滑運動并且由此很 大程度上防止所述尖銳噪音或震顫噪音。
[0016] 據(jù)信，尖銳噪音和震顫噪音W及出現(xiàn)粘滑運動的原因在于，運轉(zhuǎn)過程中在滑動元 件與相對運動部件之間出現(xiàn)污染物。漏油被視為主要原因，所述漏油少量由液壓設備（例 如控制設備和減速設備）泄漏，并且在此其中部分漏油還可w到達滑動接合處。也不能排 除潤滑劑在維護工作中（例如機艙驅(qū)動裝置的維護工作中）不慎與滑動接合處發(fā)生接觸或 者在安裝鋼質(zhì)滑環(huán)之后防腐蝕劑（蠟或油）的殘留部分未充分去除。
[0017] 利用那些例如在風輪機中使用的液壓油和潤滑劑（例如用于潤滑機艙驅(qū)動裝置 的齒輪系統(tǒng)）的試驗已經(jīng)表明，由此被污染的、含有所述金屬皂的滑動元件未表現(xiàn)出不期 望的粘滑效應。
[0018] 金屬皂本身是已知的。在此是指除鋼鹽和鐘鹽之外的所有脂肪酸的金屬鹽。常 用的金屬皂是侶、領(lǐng)、簡、裡、巧、儀、鋒、鉛、鋪、銅和鉆的鹽。各種金屬鹽的多重使用目的 的概要可見于烏爾曼工業(yè)化學大全圧ncyclopedia of Technical化emistry]"硫至炸 藥"[Sulfur t 虹 ou 曲 Explosives],第 4 版，第 21 卷，第 224、225 頁。
[0019] 所述基質(zhì)材料含有份額為10至20重量％的石墨，基于所述塑料基質(zhì)計。已經(jīng)表 明，添加石墨而不添加金屬皂在粘滑效應方面未表現(xiàn)出足夠積極的作用。相反，已經(jīng)可W斷 定，通過添加金屬皂而不添加石墨，粘滑效應得到有效降低或者甚至得W避免。然而，轉(zhuǎn)移 膜堆積（Transferfilmau化au)的積極效果不復存在，該轉(zhuǎn)移膜構(gòu)造對于石墨而言是典型 的并且可能對金屬皂的效果有促進作用。
[0020] 石墨與金屬皂的組合由于可能的協(xié)同效果是起到如此有利的作用，W致在所研究 的情況下均未觀察到所述粘滑效應。在此，波動幅度為±2重量％的相同份額的石墨和金 屬皂（尤其是硬脂酸裡）均是特別優(yōu)選的。對于硬脂酸裡而言10至20重量％范圍內(nèi)的份 額是優(yōu)選的。
[0021] 塑料基質(zhì)在滑動層中的份額為40重量％至80重量％。由此，塑料絲在滑動層中 的份額為20重量％至60重量％。
[0022] 優(yōu)選地，所述金屬皂選自硬脂酸侶、硬脂酸領(lǐng)、硬脂酸巧、硬脂酸銘、硬脂酸裡、硬 脂酸儀、硬脂酸錫和硬脂酸鋒。特別優(yōu)選的是硬脂酸裡（CisHs山i〇2)。硬脂酸裡作為極優(yōu)質(zhì) 的金屬皂在用作增稠劑時歸入工業(yè)脂。硬脂酸裡的優(yōu)點在于其耐水性、其廣泛的應用溫度 范圍W及其耐壓性。
[0023] 為了完全避免粘滑效應，最小量的金屬皂是必需的，該最小量優(yōu)選為基于所述基 質(zhì)材料計7. 5重量％。
[0024] 最大量優(yōu)選限制在約30重量％，因為否則所述滑動層的強度會大大降低，所述強 度由所述基質(zhì)材料決定。在此，在整個滑動層中基質(zhì)的份額為至少40重量％。優(yōu)選的范圍 是40重量％至80重量％，尤其是60重量％至80重量％。
[0025] 優(yōu)選地，所述基質(zhì)材料具有環(huán)氧樹脂，所述環(huán)氧樹脂優(yōu)選為主要成分。作為主要成 分，所述環(huán)氧樹脂構(gòu)成整個基質(zhì)材料的最大份額。優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹脂的份額為> 35重 量％。環(huán)氧樹脂由聚合物構(gòu)成，所述聚合物視反應進程而定在添加適合的固化劑的情況下 得到高強度和高耐化學性的熱固性塑料。如果環(huán)氧樹脂和固化劑混合，則視組成和溫度而 定，該混合物通常在幾分鐘至數(shù)小時內(nèi)進行固化。
[0026] 環(huán)氧樹脂如所有聚離那樣通過環(huán)氧化物（環(huán)氧己燒）的催化聚合反應或者通過環(huán) 氧化物（例如表氯醇）與二醇（例如雙酪A)的反應而制得。添加一元醇使所述聚合反應 終止。
[0027] 為了加工，無論是W卷繞法制備滑動層還是浸潰聚合物織物（所謂的預浸潰技 術(shù)），環(huán)氧樹脂必須處于特定的粘度范圍內(nèi)，由此一方面實現(xiàn)了聚合物絲的充分浸潤，另一 方面實現(xiàn)了經(jīng)濟的加工。添加金屬皂提高了上述樹脂混合物的粘度。
[002引為了能夠在室溫下使用形成基質(zhì)材料的環(huán)氧樹脂混合物，最高20重量％的金屬 皂份額是優(yōu)選的。優(yōu)選的范圍是10至18重量％。
[0029] 基于纖維增強塑料的滑動層優(yōu)選具有作為增強元件的塑料絲，其具有至少一種熱 塑性塑料。作為熱塑性塑料優(yōu)選考慮的是聚醋或聚己締。所述塑料絲除了聚醋外還可W含 有PTFE-長絲或者可W將PTFE W粉末形式添加到上述塑料基質(zhì)中。
[0030] 所述滑動層可良好地機械加工，也就是切削加工。因此，塑料絲與PT陽顆粒在滑 動層中一起使用尤其適合于精密滑動軸承，其必須例如通過切削加工來修整到最終尺寸。
[0031] 如果PT陽顆粒在塑料絲中的重量份額介于2重量％和40重量％之間，并且聚醋 長絲的重量份額介于60重量％和98重量％之間，則是有利的。特別優(yōu)選的是，PTFE顆粒 在塑料絲中的份額介于30重量％和36重量％之間，而聚醋長絲在塑料絲中的份額介于64 重量％和70重量％之間。
[0032] 在該重量比中，塑料絲與塑料基質(zhì)之間的粘附性保持足夠高，W致良好的可加工 性得W實現(xiàn)。另一方面，PTFE顆粒的份額足夠高，W便實現(xiàn)良好的滑動性。
[0033] 在滑動層的有利的實施方式中，所述增強元件具有由塑料絲制得的織物或針織物 的結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一個優(yōu)選的實施方式，所述增強元件具有卷繞結(jié)構(gòu)，該卷繞結(jié)構(gòu)通過在卷繞 巧體上卷繞塑料絲而制得。
[0034] 在此，所使用的塑料絲的優(yōu)點得到特別良好地發(fā)揮。由于其粗趟性，其非常適合于 在卷繞法中制造滑動層，其中首先引導絲通過具有含金屬皂和石墨的合成樹脂（特別是環(huán) 氧樹脂）的浸潰浴，并且在所述浸潰浴中使絲充分由浴料浸透。卷繞方法提供了該樣的優(yōu) 點，即由此可W產(chǎn)生特定的卷繞結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被調(diào)整為與滑動元件或者滑動層的所預期的 應用相適應。因此，可W使所述纖維W對于負荷即相應于力的分布和應力分布而言最適合 的方式在所述纖維復合材料中定位。
[0035] 對于許多應用而言，除了嵌入塑料絲中的PT陽顆粒之外，優(yōu)選還向塑料基質(zhì)中添 加PTFE顆粒。在此，所述PTFE顆粒在塑料基質(zhì)中的份額為最高40重量％。
[0036] 還可W向具有金屬皂的塑料基質(zhì)中既加入PT陽顆粒又添加石墨顆粒，其中顆粒 的總重量份額優(yōu)選為不超過40重量％。
[0037] 本發(fā)明的滑動元件具有上述滑動層。
[003引在薄壁滑動元件的情況下存在該樣的可能性，即所述滑動元件僅僅由一個優(yōu)選單 層的滑動層構(gòu)成。雖然機械負荷能力不是很高，但該種構(gòu)造形式在低負荷情況下出于成本 原因W及出于空間原因是優(yōu)選的。
[0039] 優(yōu)選地，所述滑動層具有承載層，在所述承載層上有至少一個滑動層。在該實施方 式中，所述負荷能力更大。優(yōu)選地，所述滑動元件具有一個由纖維增強塑料構(gòu)成的承載層。
[0040] 在有利的實施方式中，所述承載層的纖維增強塑料同樣