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Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrschichten-Gleitlager, bestehend aus einem festen metallischen Stützkörper, einer weicheren metallischen Tragschicht aus zumindest Notlaufeigenschaften aufweisender Lagerlegierung, beispielsweise Aluminiumlegierung, und einer galvanisch aufgetragenen Gleitschicht aus zinnhaltiger Lagerlegierung auf Bleibasis, wobei zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht eine Einlage-Doppelschicht, enthaltend eine aus Kupferlegierung bestehende Schicht, angebracht ist und sich die Doppelschicht aus einer mit der Tragschicht verbundenen Vorschicht und einer auf diese galvanisch aufgebrachten, die Gleitschicht anbindenden Bindungsschicht aufbaut.
Aus der DE-OS 2350192 sind Mehrschichten-Gleitlager bekannt, bei welchen die eine Schichtkomponente der Einlage-Doppelschicht als dichter, einebnender Überzug dienen und aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen soll, während die andere Schichtkomponente aus Chrom oder einer Chromlegierung besteht. Dabei soll die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehende, einebnende Schicht auf der Tragschicht angebracht sein und die Schicht aus Chrom oder Chromlegierung sowohl das Abwandern von Zinn aus der Gleitschicht blockieren als auch das Entstehen von Zinnanreicherungen in der Gleitschicht ausschliessen.
Die bekannte Einlage-Doppelschicht ist mit ihren beiden Schichtkomponenten auf diese Funktion abgestimmt, wobei brauchbare Bindung zwischen der Tragschicht und der einebnenden Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung sowie zwischen der Gleitschicht und der Schicht aus Chrom oder Chromlegierung erreichbar ist. Jedoch enthalten Tragschichten zur Erreichung ihrer Notlaufeigenschaften mehr oder weniger Zinn, dessen partielle Abwanderung in die einebnende Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung während des Betriebes des Gleitlagers unter erhöhter Temperatur nicht verhindert werden kann.
Es entstehen dann zwar nicht zwischen der Gleitschicht und der Einlage-Doppelschicht, sondern zwischen der Tragschicht und der Einlageschicht die bekannten spröden intermetallischen Phasen aus Kupfer/Zinn, die nach kurzer Zeit unter dynamischer Belastung des Gleitlagers zum Ablösen der Gleitschicht zusammen mit der Einlageschicht von der Tragschicht führen.
Die DE-AS 2053696 bezieht sich auf ein Gleitlagerelement mit dünner Laufschicht aus einer härteren, Zinn enthaltenden Legierung, die mit einer Schicht aus weicherem metallischen Werkstoff unterlegt ist. Gemäss diesem Vorhalt enthält die Laufschicht ebenfalls Zinn und gegebenenfalls Kupfer, die Problematik der Sicherstellung der Diffusionsabsperrung wird jedoch nicht angesprochen. Der Fachmann konnte hieraus keine Anregungen entnehmen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau für Mehrschichten-Gleitlager der eingangs angeführten Art vorzuschlagen, bei welchem die zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht angebrachte Einlageschicht wesentlich verstärkte Bindungseigenschaften sowohl zur Tragschicht als auch zur Gleitschicht hin bei Sicherstellung guter Diffusionsabsperrung für metallische Bestandteile der Tragschicht und der Gleitschicht entwickelt, wobei die Abriebeigenschaften der Einlageschicht zur Vermeidung von Fressen des Gegenläufers bei teilweise abgeriebener Gleitschicht an die Abriebeigenschaften der Gleitschicht und der Tragschicht anpassbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die aus Kupferlegierung bestehende Schicht mit 30 bis 70 Gew.-% Zinn, Rest vorwiegend Kupfer, als die Bindungsschicht auf die Vorschicht, beispielsweise aus Zink und/oder Zinn, aufgebracht ist und eine Dicke von zirka 0, 001 bis zirka 0, 015 mm, vorzugsweise von etwa 0, 001 bis 0, 004 mm, aufweist.
Durch diesen Aufbau der- Einlage-Doppelschicht wird nicht allein eine wesentlich verbesserte Bindung bzw. Bindungsvermittlung erreicht, sondern auch vermieden, dass durch Eindiffundieren von metallischen Bestandteilen aus der Gleitschicht und/oder der Tragschicht in die Einlageschicht die Bindungseigenschaften im Betrieb verschlechtert und die Gleiteigenschaften und Korrosionsfestigkeit, insbesondere die Gleitschicht, während des Betriebes nachteilig beeinflusst werden.
Als besonders überraschend hat sich ergeben, dass nach Verschleiss der Gleitschicht die Einlage-Doppelschicht, d. h. deren Bindungsschicht und deren Vorschicht an den freigelegten Stellen überhaupt nicht mehr auf der Lagerlauffläche feststellbar ist oder in eine dünne Auflage auf der Tragschicht übergeht. Diese Erscheinung lässt sich offenbar damit erklären, dass die Bestandteile der eigentlichen Bindungsschicht und der Vorschicht mit den Additiven des Schmier-
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mittels chemisch reagieren. Die Kupferlegierung, aus der erfindungsgemäss die eigentliche Bindungsschicht gebildet ist, ist zwar keine eigentliche Diffusionssperrschicht für Zinn.
Sie lässt sich aber mit ihrem Zinngehalt so einrichten, dass sich eine Art von Gleichgewicht zwischen dem Zinngehalt der Gleitschicht und dem Zinngehalt der Bindungsschicht ergibt, so dass keine nennenswerte oder merkliche Abwanderung von Zinn in der einen oder der andern Richtung auftritt.
Ähnlich verhält es sich mit der Vorschicht im Hinblick auf die Tragschicht.
Es ist zwar aus der AT-PS Nr. 92420 bekannt, dass Zinn und Zink die Bindung fördernde Bestandteile für Mehrschichten-Gleitlager darstellen, jedoch lässt sich daraus nicht schliessen, dass bei Benutzung von Zinn oder Zink in der Vorschicht einer Einlage-Doppelschicht das ungewollte Abwandern von metallischen Bestandteilen aus der mit der Vorschicht überdeckten Tragschicht und das ungewollte Einwandern von metallischen Bestandteilen in die Tragschicht praktisch verhindert werden kann.
Die Dicke der Vorschicht kann sehr gering sein, vorzugsweise beträgt die Dicke der Vorschicht aus Zink und/oder Zinn 0, 0015 mm.
Überraschende Vorteile bietet die Erfindung in Verbindung mit solchen Gleitlagern, bei denen die Gleitschicht in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht eingebettet ist und innerhalb dieser mit der Bindungsschicht und über jene mit der Vorschicht unterlegt ist. Bevorzugt erstrecken sich dabei die Bindungsschicht und die Vorschicht an den Rändern der streifenförmig in die Tragschicht eingebetteten Gleitschicht bis in die Lagerlauffläche. Hiedurch wird nicht allein eine auch seitliche Abdeckung der streifenförmigen Gleitschicht gegenüber der Tragschicht erreicht, sondern auch das Material der eigentlichen Bindungsschicht und das Material der Vorschicht in der Lagerlauffläche bereitgehalten.
Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, dass sich dann das Material der eigentlichen Bindungsschicht und gegebenenfalls auch das Material der Vorschicht während des Betriebes des Gleitlagers über die in der Lagerlauffläche liegende Oberfläche der Tragschicht verteilt. Hiedurch werden neben den grundsätzlichen Vorteilen der Gleitlager mit in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht eingelegter Gleitschicht, wie erhöhte Belastungsfähigkeit, auch die Gleiteigenschaften wesentlich verbessert.
Will man die Materialien der eigentlichen Bindungsschicht und der Vorschicht in der Lagerlauffläche wirksam werden lassen, so empfiehlt es sich, die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht eingebetteten Gleitschicht sich nach der Tiefe der Tragschicht hin verjüngend geneigt auszubilden, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel zwischen 45 und 75 . Die eigentliche Bindungsschicht und die Vorschicht sind dann in die Lagerlauffläche schräg angeschnitten und halten dadurch unter Ausbildung einer vergrösserten Zugangsfläche mehr von ihrem Material in der Lagerlauffläche bereit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Halbschale eines erfindungsgemässen Mehrschichten-Gleitlagers in perspektivischer Darstellung ; Fig. 2 einen Teilschnitt A-B der Fig. 1 stark vergrössert, und Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 2 an einem erfindungsgemäss ausgebildeten Gleitzonen- - Lager.
Im Beispiel der Fig. 1 und 2 weist das Mehrschichten-Gleitlager einen metallischen Stützkörper --5-- aus Stahl, eine weichere, metallische Tragschicht --4-- aus Aluminium-Lagermetall und eine Gleitschicht --1-- aus einer Legierung, beispielsweise PbSn 10 Cu 2 oder aus Blei-Zinn-Leglerung auf. Zwischen der Tragschicht. --4-- und der Gleitschicht --1-- ist eine Einlage-Doppelschicht--2, 3-- angebracht, die aus einer eigentlichen Bindungsschicht --2-- und einer Vorschicht --3-- besteht. Die eigentliche Bindungsschicht --2-- besteht aus einer Legierung mit einem prozentualen Zinngehalt zwischen 30 und 70 Gew.-%. Sie hat eine Dicke zwischen etwa 0, 001 und etwa 0, 015 mm. Die Vorschicht --3-- besteht im Beispiel der Fig. 1 aus Zinn und hat eine Dicke von etwa 0,001 mm.
Zur Herstellung des Gleitlagers wurde zunächst bandförmiges Aluminium-Lagermetall auf ein Stahlband plattiert. Aus Zuschnitten aus diesem Bimetall-Material wurde die in Fig. 1 gezeigte Gleitlagerschale geformt. Nach dem Formen wurde auf die Oberfläche der Tragschicht --4-- aus Aluminium-Lagermetall die Vorschicht --3-- galvanisch aufgebracht. Über die Vorschicht --3--
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wurde die eigentliche Bindungsschicht--2--galvanisch aufgebracht. Schliesslich wurde über diese eigentliche Bindungsschicht --2-- die Gleitschicht --1-- galvanisch aufgebracht.
Bei Versuchen mit derartigen Gleitlagern hat sich gezeigt, dass die CuSn-Bindungsschicht-2-- dann keine Ablösungserscheinungen und Lagerausfälle zeigte, wenn der prozentuale Anteil an Zinn in der CuSn-Bindungsschicht grösser als 30 Gew.-% war. Die Diffusion von aus der galvanisch aufgebrachten Gleitschicht --1-- abwanderndem Zinn ist vernachlässigbar klein. Des weiteren wurde überraschenderweise bei den eingehenden Untersuchungen unter Mangelschmierung festgestellt, dass selbst nach dem Verschleiss der aus PbSnCu oder PbSn bestehenden, galvanisch aufgebrachten Gleitschicht --1-- zwischen der CuSn-Bindungsschicht und dem metallischen Wellenwerkstoff keine Fresserscheinungen auftraten.
Dagegen wurden bei Versuchen unter gleichen Bedingungen
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läufen Ausfälle (Fresser) festgestellt.
Versuchsreihen haben ergeben, dass die vorstehend geschilderten Vorteile der eigentlichen Bindungsschicht --2-- nur dann erreicht werden, wenn zwischen der Tragschicht --4--, insbesondere einer Tragschicht aus Aluminium-Lagermetall, und der eigentlichen Bindungsschicht --2-eine Vorschicht --3-- aus Zink und/oder Zinn und einer Dicke von etwa lim erzeugt wird.
Im Beispiel der Fig. 3 handelt es sich um ein hochbelastbares Gleitlager in Form eines Rillenlagers, bei dem die Gleitschicht --1-- in streifenförmigen, sich im wesentlichen in Um- fangsrichtung erstreckenden Zonen, beispielsweise schraubenförmig angeordneten Zonen, die Tragschicht --4-- eingebettet ist. Wie die Zeichnungen zeigen, ist die Gleitschicht-l-innerhalb der Tragschicht --4-- mit der eigentlichen Bindungsschicht --2-- unterlegt.
Unter der eigentlichen Bindungsschicht --2-- liegt innerhalb der Tragschicht --4-- die Vorschicht --3--. Die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht --4-- eingebetteten Gleitschicht --1-sind nach der Tiefe der Tragschicht --4-- hin verjüngend geneigt mit einem Neigungswinkel a,
der im dargestellten Beispiel etwa 600 beträgt. Dabei erstreckt sich die eigentliche Bindungs- schicht --2-- und die Vor schicht --3-- an den Seitenrändern der Gleitschicht --1-- bis in die Lagerlauffläche --6--. Dadurch wird die Lagerlauffläche --6-- teilweise durch die Oberfläche der Tragschicht --4-- und teilweise durch die Oberfläche der Gleitschicht --1-- sowie zu einem weiteren Teil durch die schräg geschnittenen Querschnittsflächen der Bindungsschicht und der Vorschicht --3-- gebildet.
Das Material der Bindungsschicht --2-- und das Material der Vorschicht --3-- wird im Betrieb des Gleitlagers über die gesamte Lagerlauffläche --6-- verteilt und bildet im Zusammenwirken mit im Schmiermittel enthaltenen Additiven eine die gesamte Lager-
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Wie im Beispiel nach Fig. 1 und 2, kann auch in diesem Beispiel der Stützkörper --5-- aus Stahl bestehen. Die Tragschicht --4-- kann aus Aluminium-Lagermetall und die Gleit- schicht-l-aus zinnhaltiger Lagerlegierung, beispielsweise PbSnCu oder PbSn, bestehen.
Die Materialien und die Dicken der Bindungsschicht --2-- und der Vorschicht --3-- können im wesentlichen gleich wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 vorgesehen sein.
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The invention relates to a multilayer plain bearing, consisting of a solid metallic support body, a softer metallic base layer made of bearing alloy with at least emergency running properties, for example aluminum alloy, and a galvanically applied sliding layer made of tin-containing bearing alloy based on lead, with an insert between the base layer and the sliding layer -Double layer, containing a layer made of copper alloy, is attached and the double layer is built up from a pre-layer connected to the base layer and a bonding layer galvanically applied thereon, connecting the sliding layer.
From DE-OS 2350192 multilayer plain bearings are known in which the one layer component of the insert double layer serves as a dense, leveling coating and is to consist of copper or a copper alloy, while the other layer component consists of chromium or a chromium alloy. The leveling layer made of copper or copper alloy should be applied to the base layer and the layer of chrome or chromium alloy should both block the migration of tin from the sliding layer and also prevent tin accumulations from occurring in the sliding layer.
The well-known inlay double layer is matched to this function with its two layer components, whereby a usable bond between the base layer and the leveling layer made of copper or copper alloy and between the sliding layer and the layer made of chromium or chrome alloy can be achieved. However, to achieve their emergency running properties, base layers contain more or less tin, the partial migration of which into the leveling layer made of copper or copper alloy cannot be prevented during operation of the plain bearing under elevated temperature.
The well-known brittle intermetallic phases made of copper / tin do not arise between the overlay and the inlay double layer, but between the base layer and the inlay layer, which after a short time under dynamic loading of the plain bearing to detach the overlay together with the inlay layer from the Lead base layer.
DE-AS 2053696 relates to a slide bearing element with a thin running layer made of a harder alloy containing tin, which is underlaid with a layer of softer metallic material. According to this provision, the running layer also contains tin and possibly copper, but the problem of ensuring the diffusion barrier is not addressed. The expert was unable to derive any suggestions from this.
It is an object of the invention to propose an improved structure for multilayer plain bearings of the type mentioned at the outset, in which the interlayer layer applied between the base layer and the base layer has substantially increased binding properties both to the base layer and to the base layer while ensuring good diffusion barrier for metallic components of the base layer and the sliding layer, wherein the abrasion properties of the insert layer should be adaptable to the abrasion properties of the sliding layer and the base layer in order to avoid seizure of the counter-rotor in the case of partially abraded sliding layer.
This object is achieved according to the invention in that the layer consisting of copper alloy with 30 to 70% by weight of tin, the remainder predominantly copper, is applied as the binding layer to the preliminary layer, for example made of zinc and / or tin, and a thickness of approximately 0 , 001 to approximately 0.015 mm, preferably from approximately 0.001 to 0.004 mm.
This structure of the double-layer insert not only achieves a significantly improved bond or bond formation, but also prevents the diffusion of metallic components from the sliding layer and / or the base layer into the insert layer, which deteriorates the binding properties during operation and the sliding properties and Corrosion resistance, especially the sliding layer, can be adversely affected during operation.
It has been found to be particularly surprising that after the sliding layer has worn out, the double-layer insert, i. H. the bond layer and the pre-layer of which are no longer detectable on the bearing running surface at the uncovered points, or change into a thin layer on the base layer. This phenomenon can obviously be explained by the fact that the components of the actual binding layer and the preliminary layer with the additives of the lubricant
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react chemically. The copper alloy from which the actual binding layer is formed according to the invention is not actually a diffusion barrier layer for tin.
However, with its tin content, it can be set up in such a way that there is a kind of equilibrium between the tin content of the sliding layer and the tin content of the bonding layer, so that there is no appreciable or noticeable migration of tin in one direction or the other.
The situation is similar with the preliminary layer with regard to the base layer.
Although it is known from AT-PS No. 92420 that tin and zinc represent the binding-promoting constituents for multilayer plain bearings, it cannot be concluded from this that the use of tin or zinc in the preliminary layer of a double-layer insert is the undesired one Migration of metallic components from the base layer covered with the preliminary layer and the unwanted migration of metallic components into the base layer can be practically prevented.
The thickness of the pre-layer can be very small, preferably the thickness of the pre-layer made of zinc and / or tin is 0.0015 mm.
The invention offers surprising advantages in connection with such plain bearings, in which the sliding layer is embedded in strip-shaped zones in the base layer and is underlaid therein with the bonding layer and above that with the preliminary layer. In this case, the binding layer and the preliminary layer preferably extend at the edges of the sliding layer embedded in strip form in the base layer as far as the bearing running surface. This not only achieves lateral coverage of the strip-shaped sliding layer with respect to the base layer, but also the material of the actual binding layer and the material of the preliminary layer are kept ready in the bearing running surface.
It has surprisingly been found that the material of the actual bonding layer and possibly also the material of the preliminary layer are distributed over the surface of the base layer lying in the bearing running surface during operation of the slide bearing. In this way, in addition to the basic advantages of the plain bearings with a sliding layer inserted into the base layer in strip-shaped zones, such as increased load capacity, the sliding properties are also significantly improved.
If you want the materials of the actual bonding layer and the preliminary layer to take effect in the bearing tread, it is advisable to design the side edges of the sliding layer embedded in strips in the base layer to taper towards the depth of the base layer, preferably with an angle of inclination between 45 and 75 . The actual binding layer and the pre-layer are then cut obliquely into the bearing running surface and thereby hold more of their material in the bearing running surface, forming an enlarged access surface.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. 1 shows a half-shell of a multilayer plain bearing according to the invention in a perspective view; 2 a partial section A-B of FIG. 1 greatly enlarged, and FIG. 3 a partial section corresponding to FIG. 2 on a sliding zone bearing designed according to the invention.
In the example of FIGS. 1 and 2, the multilayer plain bearing has a metallic support body --5-- made of steel, a softer, metallic base layer --4-- made of aluminum bearing metal and a sliding layer --1-- made of an alloy, for example PbSn 10 Cu 2 or lead-tin alloy. Between the base course. --4-- and the anti-friction layer --1-- a double-layer insert - 2, 3-- is attached, which consists of an actual bonding layer --2-- and a preliminary layer --3--. The actual bonding layer --2-- consists of an alloy with a percentage of tin between 30 and 70% by weight. It has a thickness between approximately 0.001 and approximately 0.015 mm. In the example in FIG. 1, the preliminary layer -3-- consists of tin and has a thickness of approximately 0.001 mm.
In order to produce the plain bearing, band-shaped aluminum bearing metal was first clad on a steel band. The slide bearing shell shown in FIG. 1 was formed from blanks from this bimetallic material. After shaping, the preliminary layer --3-- was galvanically applied to the surface of the base layer --4-- made of aluminum bearing metal. About the pre-shift --3--
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the actual bonding layer - 2 - was applied galvanically. Finally, the sliding layer --1-- was galvanically applied over this actual bonding layer --2--.
Experiments with such plain bearings have shown that the CuSn bond layer 2-- did not show any signs of detachment and bearing failures if the percentage of tin in the CuSn bond layer was greater than 30% by weight. The diffusion of tin migrating from the galvanically applied sliding layer is negligible. Furthermore, it was surprisingly found during the in-depth investigations with insufficient lubrication that even after the galvanically applied sliding layer --1-- consisting of PbSnCu or PbSn was worn, there were no signs of seizure between the CuSn bonding layer and the metallic shaft material.
In contrast, tests were carried out under the same conditions
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failures (feeders) were found.
Test series have shown that the advantages of the actual bonding layer --2-- described above can only be achieved if between the base layer --4--, in particular a base layer made of aluminum bearing metal, and the actual bonding layer --2 -a pre-layer --3-- is produced from zinc and / or tin and a thickness of approximately lim.
3 is a heavy-duty slide bearing in the form of a groove bearing in which the sliding layer --1-- the supporting layer -4 in strip-shaped zones which essentially extend in the circumferential direction, for example helically arranged zones - is embedded. As the drawings show, the sliding layer 1 is underlaid with the actual bonding layer 2 within the base layer 4.
Under the actual bond layer --2-- lies the previous layer --3-- within the base layer --4--. The side edges of the sliding layer --4-- embedded in the support layer --4-- are tapered towards the depth of the support layer --4-- with an inclination angle a,
which is about 600 in the example shown. The actual bonding layer --2-- and the pre-layer --3-- on the side edges of the sliding layer --1-- extend into the bearing surface --6--. As a result, the bearing contact surface --6-- is partly through the surface of the base layer --4-- and partly through the surface of the sliding layer --1-- as well as partly through the diagonally cut cross-sectional areas of the bonding layer and the preliminary layer --3 -- educated.
The material of the bonding layer --2-- and the material of the preliminary layer --3-- is distributed over the entire bearing contact surface --6-- during operation of the plain bearing and, in cooperation with additives contained in the lubricant, forms the entire bearing
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As in the example according to FIGS. 1 and 2, the support body --5-- can also consist of steel in this example. The base layer --4-- can consist of aluminum bearing metal and the sliding layer -l- of tin-bearing alloy, for example PbSnCu or PbSn.
The materials and the thicknesses of the bonding layer --2-- and the preliminary layer --3-- can be provided essentially the same as in the example of FIGS. 1 and 2.
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