AT392825B

AT392825B - Mehrschichten-gleitlager

Info

Publication number: AT392825B
Application number: AT2385/89A
Authority: AT
Inventors: Duraid Mahrus; Ademir Carubelli
Original assignee: Metal Leve Sa
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1991-06-25
Also published as: DE3934141A1; GB8923294D0; BR8805486A; GB2224788A; ATA238589A; US5056936A

Description

AT 392 825 B

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Mehrschichten-Gleitlager zur Verwendung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kurbelwellen und Kurbelstangen der Maschinen. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein Mehrschichten-Gleitlager für Brennkraftmaschinen, mit einer Unterlagsschicht, gegebenenfalls einer Zwischenschicht sowie einer Diffusions- oder Bindeschicht, und mit einer Gleitschicht. 5 Mehrschichten-Gleitlager sind an sich gut bekannt und weit verbreitet in Verwendung. Ein typisches Mehrschichten-Gleitlager ist das sogen. Trimetall-Lager, das aus einer Unterlagsplatte, üblicherweise aus Stahl oder Aluminium, einer Zwischenschicht, im allgemeinen aus einer Aluminium- oder Kupferlegierung, gegebenenfalls einer Diffusions- oder Bindeschicht aus Nickel, Aluminium, Zink oder Legierungen hievon und ' einer Gleitschicht aufgebaut ist, die im allgemeinen aus einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung besteht Diese Art von 10 Lager zeigt gute Eigenschaften bezüglich Beständigkeit gegen Ermüden und Abnützen, Fähigkeit zum Einbetten » von Fremdpartikeln, Anpassungsfähigkeit zur Anpassung an Fluchtungsfehler der Welle und Korrosionsbeständigkeit. Für bestimmte Anwendungen wäre es jedoch wünschenswert und vorteilhaft, ein Gleitlager zur Verfügung zu haben, dessen Gleitschicht, während es die Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsfestigkeit, Fähigkeit zur Einbettung und Anpassung weiterhin aufweist, ihr Material so strukturiert 15 hätte, daß sie eine höhere Abnutzungsfestigkeit und insbesondere einen höheren Widerstand gegen Ermüden aufweist, wobei bekanntlich eine Materialermüdung durch zyklische Belastungen am Lager verursacht wird. Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Mehrschichten-Gleitlager mit einer derartigen Gleitschicht vorzusehen, die sowohl ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Einbettungsvermögen, Anpassungsvermögen und Korrosionsbeständigkeit als auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung und Ermüden 20 aufweist.

Im Hinblick auf diese wünschenswerten Eigenschaften wurde ein Konzept entwickelt, nach dem, ganz allgemein gesprochen, eine aus mehreren Schichten aufgebaute Struktur für die Gleitschicht des Gleitlagers vorgesehen ist, wobei eine höhere Ermüdungs- und Abnutzungsfestigkeit erhalten wird. Mehr im einzelnen werden bei dieser Struktur abwechselnde Schichten aus weicherem und härterem Material vorgesehen, wobei die 25 Gleitschicht mit zumindest zwei äußersten Schichten aus einem weicheren Material und zumindest einer Schicht aus einem härteren Material ausgerüstet ist.

Das erfindungsgemäße Mehrschichten-Gleitlager ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht aus einer Laminatstruktur aufgebaut ist, die abwechselnd gesonderte Schichten aus weicherem und härterem Material aufweist und deren äußerste Schichten durch Schichten aus weicherem Material gebildet sind, wobei 30 zumindest zwei äußerste Schichten aus weicherem Material und eine innere Schicht aus härterem Material enthalten sind.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Laminatstruktur der Gleitschicht aus 35 abwechselnd niedergeschlagenen oder gebildeten Kupfer-Zinn-Blei-Schichten und Kupfer- oder Kupfer-Zinn-Legierungsschichten aufgebaut sein, wobei die Kupfer-Zinn-Legierung beispielsweise einen Zinnanteil von 1 bis 40 μπι % Masse enthält. Dabei können auch Bleieinschlüsse vorgesehen sein. Die Rolle des Kupfers in der Laminatstruktur ist, die Härte des Materials zu erhöhen. Demgemäß wird die Belastbarkeit des Lagers erhöht, wodurch die Ermüdungsfestigkeit sowohl der Gleitschicht als auch der Zwischenschicht verbessert wird. 40 Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles noch weiter erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt dabei schaubildlich einen Teil eines Mehrschichten-Gleitlagers, dessen Schichten an der Vorderseite zwecks besserer Übersichtlichkeit aufgefächert dargestellt wurden.

Das in der Zeichnung teilweise veranschaulichte Mehrschichten-Gleitlager enthält eine Rücken- oder 45 Unterlagsschicht (1), die allgemein aus Stahl oder Aluminium besteht, sodann eine Zwischenschicht (2), üblicherweise aus Aluminium oder einer Kupferlegierung, ferner eine Diffusions- oder Bindeschicht (3) sowie eine Gleitschicht (4), mit einer Korrosionsschutzschicht (5) auf dieser Gleitschicht (4). Die Gleitschicht (4) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Struktur mit zwei Schichten aus einem weicheren Material (4a), im allgemeinen einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung, und einer diese voneinander trennenden Schicht aus einem 50 härteren Material (4b), üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupfer-Zinn-Legierung, mit oder ohne Bleieinschlüsse(n), aufgebaut, d. h. die weicheren und härteren Materialschichten (4a) bzw. (4b) bilden zusammen die Gleitschicht (4). Die erste Schicht, die auf der Diffusions- oder Bindeschicht (3) oder, falls eine solche Schicht (3) nicht vorhanden ist, direkt auf der Zwischenschicht (2) abgesetzt oder aufgebracht ist, und jene Schicht, die die Außenseite der Gleitschicht (4) bildet, werden immer aus einem weicheren Material (4a) 55 hergestellt. i

Zur Herstellung der Laminat-Gleitschicht (4) kann ein an sich bekanntes Verfahren, wie insbesondere Gießen, Elektroplattieren oder physikalische Dampfabscheidung (Sputtern), angewandt werden. Die Gesamtdicke der Laminat-Gleitschicht (4) ist gleich groß wie die Dicke einer herkömmlichen Gleitschicht, d. h. wenn keine *

Kupfer- oder Kupfer-Zinn-Legierungs-Schichten vorhanden wären. Diese Dicke liegt allgemein im Bereich von 60 2 bis 30 pm. Die Dicke einer jeden Schicht oder Teilschicht aus dem weicheren Material (4a), insbesondere der

Kupfer-Zinn-Blei-Legierung, beträgt 1 bis 20 pm. Die bzw. jede Schicht aus dem härteren Material (4b), insbesondere aus Kupfer oder ein» Kupfer-Zinn-Legierung, ist vorzugsweise 03 bis 4 pm dick. -2-

Claims

AT 392 825 B Die Anzahl der Kupfer-Zinn-Blei-Legierungs-Schichten und der Kupfer- oder Kupfer-Zinn-Schichten gemäß der Zeichnungsdarstellung ist nur beispielhaft, und diese Schichten können selbstverständlich in beliebiger Anzahl, abhängig von den Lastbedingungen für das Lager, vorhanden sein. Versuche an einem erfindungsgemäß aufgebauten Gleitlager haben ergeben, daß dieses Mehrschichten-Gleitlager eine höhere Widerstandsfähigkeit bzw. Belastbarkeit besitzt, was sich in eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit umsetzt Auch haben Reibungs- und Abnutzungstests ergeben, daß die Gleitschicht einer schwächeren Abnutzung unterliegt Andererseits wurden alle übrigen wichtigen Eigenschaften der Gleitschicht nämlich gute Korrosionsbeständigkeit und gute Einlagerungs- und Anpassungsfähigkeit, beibehalten. Wenn die Erfindung vorstehend anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert wurde, so sind doch selbstverständlich Abwandlungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich. So ist es beispielsweise denkbar, anstatt der gezeigten Trimetall-Lagerstruktur auch eine sogen. Bimetall-Lagerstruktur vorzusehen, bei der die erfmdungsgemäße Laminatstruktur für die Gleitschicht angewandt wird, wobei dann die Gleitschicht direkt auf der Unterlagsschicht abgesetzt bzw. aufgebracht wird. PATENTANSPRÜCHE 1. Mehrschichten-Gleitlager für Brennkraftmaschinen, mit einer Unterlagsschicht, gegebenenfalls ein»1 Zwischenschicht sowie einer Diffusions- oder Bindeschicht, und mit einer Gleitschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (4) aus einer Laminatstruktur aufgebaut ist, die abwechselnd gesonderte Schichten aus weicherem (4a) und härterem (4b) Material aufweist und deren äußerste Schichten durch Schichten aus weicherem Material (4a) gebildet sind, wobei zumindest zwei äußerste Schichten aus weicherem Material (4a) und eine innere Schicht aus härterem Material (4b) enthalten sind.
2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus weicherem Material (4a) aus einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung und die Schichten) aus härterem Material (4b) aus Kupfer oder einer Kupfer-Zinn-Legierung bestehen.
3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dar Zinnanteil in der Kupfer-Zinn-Legierung der Schicht aus härterem Material 1 bis 40 % Masse beträgt.
4. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Zinn-Legierung der Schicht aus härterem Material (4b) Bleieinschlüsse enthält
5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (4) eine Dicke von 2 bis 30 pm hat
6. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht aus weicherem Material (4a) eine Dicke von 1 bis 20 pm und die bzw. jede Schicht aus härterem Material (4b) eine Dicke von 0,3 bis 4 μιη hat.
7. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (4) durch Gießen, Elektroplattieren oder physikalische Dampfabscheidung (Sputtern) hergestellt ist Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-