AT512442B1 - Verfahren zur herstellung eines gleitlagers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (1) umfassend eine Stützschicht (2) und eine Gleitlagerschicht (3), wobei die Stützschicht (2) mittels Walzplattieren mit der Gleitlagerschicht (3) verbunden wird, und wobei vor dem Walzplattieren auf der Oberfläche der Stützschicht (2) eine Oberflächenstrukturierung (4) in Form einer Rillenstruktur mit rillenförmigen Vertiefungen (6) erzeugt wird und danach die Gleitlagerschicht (3) auf die Oberflächenstrukturierung (4) aufgewalzt wird. Die rillenförmigen Vertiefungen (6) werden mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Gleitlagers (1) hergestellt und werden während des Walzplattierens in der Rillenstruktur Hinterschneidungen (10) erzeugt, wobei die rillenförmigen Vertiefungen (6) mit einer Rillentiefe (8) hergestellt werden die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm.

Description

österreichisches Patentamt AT512 442 B1 2013-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers umfassend eine Stützschicht und eine Gleitlagerschicht, wobei die Stützschicht mittels Walzplattieren mit der Gleitlagerschicht verbunden wird, und wobei vor dem Walzplattieren auf der Oberfläche der Stützschicht eine Oberflächenstrukturierung in Form einer Rillenstruktur mit rillenförmigen Vertiefungen erzeugt wird und danach die Gleitlagerschicht auf die Oberflächenstrukturierung aufgewalzt wird, sowie ein Gleitlager umfassend eine Stützschicht und eine Gleitlagerschicht, die mit der Stützschicht verbunden ist, wobei die Stützschicht eine Oberflächenstruktur mit Erhebungen und rillenförmigen Vertiefungen aufweist, sodass die Gleitlagerschicht zusätzlich zu einer stoffschlüssigen Verbindung formschlüssig mit der Stützschicht verbunden ist.

[0002] Die Verwendung von Weißmetalllegierungen für Gleitlagerschichten, wie z.B. Lagermetallschichten oder Gleitschichten, ist im Stand der Technik bereits im großen Umfang dokumentiert. Es sei dazu beispielsweise auf die AT 505 664 B1 oder die AT 506 450 B1 verwiesen.

[0003] Die Abscheidung von Weißmetalllegierungen auf Stahlträgern erfolgt üblicherweise durch Aufgießen der Weißmetalllegierung auf den Stahlträger, da das Walzplattieren von Stahl und Weißmetall aufgrund des sehr unterschiedlichen Verformungsvermögens der beiden Verbindungspartner Schwierigkeiten bereitet.

[0004] Üblicherweise wird bei großen Festigkeitsunterschieden zwischen dem Trägermaterial und dem damit verbunden Gleitlagerwerkstoff eine Zwischenschicht eingefügt, um die Festigkeitsunterschiede zu überbrücken. Ein Beispiel hierfür ist der Verbund einer hoch zinnhaltigen Aluminiumlegierung und Stahl, für den eine Zwischenschicht aus Reinaluminium eingefügt wird, um diesen Werkstoffverbund walzplattierbar zu machen.

[0005] Prinzipiell wurde das Plattieren von Stahl-Weißmetall-Verbunden im Stand der Technik ebenfalls bereits erwähnt. So ist aus der voranstehend zitierten AT 506 450 B1 bekannt, dass sich für die Verbindung der Lagermetallschicht aus Weißmetall mit der Stützschale das Plattieren eignet, wenn sichergestellt ist, dass die Lagermetallschicht höchstens im Bereich der Verbindungfläche über den Schmelzpunkt erwärmt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass gemäß dieser Druckschrift die Verbindungsfestigkeit durch eine feinkörnige Struktur der Weißmetalllegierung verbessert wird. Die Feinkörnigkeit wird dazu durch eine sehr schroffe Abkühlung erreicht. Über das Plattieren an sich ist dieser Druckschrift jedoch nichts zu entnehmen. Vielmehr beschreiben sämtliche Beispiele in dieser Druckschrift ebenfalls die Verwendung von Haftvermittlungsschichte auf Basis von Zinn oder Zink bzw. die Verwendung von Lotschichten.

[0006] Die DE 10 2009 028 136 B3 beschreibt einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer eine Verbundoberfläche aufweisenden Stahlstützschicht und einer auf die Verbundoberfläche der Stahlstützschicht walzplattierten Auflage, wobei die Verbundoberfläche der Stahlstützschicht wenigstens eine rillenartig aufgeraute Oberflächenstruktur mit zur Walzrichtung gekreuzter Orientierung aufweist.

[0007] Aus der JP 02-034289A ist ein Walzverfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus einer harten Schicht und einer weichen Schicht, beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff, bekannt. Auf der Oberfläche der harten Schicht werden vor dem Plattieren mit der weichen Schicht hinterschnittene Erhöhungen ausgebildet.

[0008] Die JP 2004-167517 A beschreibt die partielle Anbindung einer Metallschicht an eine Stahloberfläche durch Schlag-Plattieren.

[0009] Aus der DE 25 07 561 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial für Lager oder Gleitstücke bekannt, nach dem auf einen Stahlstreifen eine Schicht einer Legierung auf Kupferbasis angebunden wird. Auf dieses Bimetall wird dann ein Streifen einer Legierung auf Bleibasis aufgewalzt, wobei der Druck so gehalten ist, dass die Gesamtdicke der beiden Streifen um 8 bis 40% reduziert wird und die beiden Streifen unter Bildung eines Verbundmaterials aneinander gebunden werden. 1/11 österreichisches Patentamt AT512 442 B1 2013-10-15 [0010] Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, die Verbundfestigkeit von walzplattierten Gleitlagerverbundwerkstoffen zu verbessern.

[0011] Diese Aufgabe wird einerseits mit dem eingangs genannten Verfahren und andererseits mit dem eingangs genannten Gleitlager gelöst, wobei nach dem Verfahren vorgesehen ist, dass die rillenförmigen Vertiefungen mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Gleitlagers hergestellt werden und während des Walzplattierens in der Rillenstruktur Hinterschneidungen erzeugt werden und wobei die rillenförmigen Vertiefungen mit einer Rillentiefe hergestellt werden die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm, und bei dem Gleitlager die rillenförmigen Vertiefungen mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Gleitlagers verlaufen und Hinterschneidungen aufweisen und wobei die rillenförmigen Vertiefungen eine Rillentiefe aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm.

[0012] Von Vorteil ist dabei, dass durch die Oberflächenstrukturierung die Oberfläche, die zur Herstellung des Verbundes zur Verfügung steht, vergrößert wird, wodurch die Haftung der Schichten aufeinander verbessert werden kann. Zusätzlich verhindert die Oberflächenstrukturierung das seitliche Abgleiten der im Vergleich zur Stützschicht, die von Natur aus hart sein sollte bzw. muss, da über die Stützschicht die Strukturfestigkeit des Gleitlagers erhalten wird, weicheren Gleitlagerschicht. Dieses stark verhinderte seitliche Abgleiten führt in der Folge zu einem höheren hydrostatischen Spannungszustand in der Gleitlagerschicht während des Plattierens. Die Folge ist ein höherer Umformgrad in beiden Werkstoffen, d.h. in der Stützschicht und der Gleitlagerschicht und damit mehr neu gebildete Oberfläche, die zur Kaltverschweißung der beiden Schichten führt und damit die Bindung der beiden Schichten unterstützt. Darüber hinaus wird über die Oberflächenstruktur eine formschlüssige Verbindung der beiden Schichten erreicht, die ebenfalls unterstützend in Hinblick auf die Bindefestigkeit der beiden Schichten wirkt.

[0013] Die Oberflächenstruktur wird als Rillenstruktur ausgebildet, sodass also die Oberfläche eine Rillung aufweist. Die Rillenstruktur hat den Vorteil, dass diese Struktur einfach in einem industriellen Produktionsprozess eingebracht werden kann, indem dazu entsprechende Formoder Prägewalzen verwendet werden. Die Einbringung der Rillenstruktur ist also besser in ein Walzplattierverfahren implementierbar. Darüber hinaus kann mit der Rillenstruktur der Spannungszustand in der Gleitlagerschicht vergrößert werden, wodurch in der Folge die voranstehend beschriebenen Effekte weiter verbessert und damit auch die Bindefestigkeit der Gleitlagerschicht auf der Stützschicht zusätzlich erhöht werden kann.

[0014] Es ist weiter vorgesehen werden, dass während des Walzplattierens in der Rillenstruktur Hinterschneidungen erzeugt werden. Durch die Hinterschneidungen kann die Verbundfestigkeit durch verbesserten Formschluss weiter erhöht werden, indem sich die Gleitlagerschicht in den Rillen „verhakt".

[0015] Zur weiteren Verbesserung der Haftfestigkeit bzw. Bindefestigkeit des Verbundes kann nach einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen werden, dass vor dem Walzplattieren auf die Oberfläche der Stützschicht zumindest bereichsweise eine Bindeschicht aufgetragen wird oder Bindepartikel aufgebracht werden.

[0016] Vorzugsweise sind dabei die Bindepartikel ausgewählt werden aus einer Gruppe umfassend Cu, Sb, AI, Zn, Bi, Sn, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, V sowie Mischungen daraus, Von Vorteil ist dabei, dass damit die spezifische Oberfläche im Vergleich zur Rillenstruktur erhöht und damit die Verbundfestigkeit verbessert werden kann.

[0017] Von Vorteil ist es weiter, wenn die Bindepartikel mit einer Flächenbelegung von zumindest 100 Partikel/cm2 aufgebracht werden. Es wird damit erreicht, dass zumindest einzelne Partikel innerhalb der Oberflächenstruktur angeordnet sind, sodass also eine erhöhte Bindefestigkeit über die Bindepartikel innerhalb der Strukturierung und nicht nur im nicht strukturierten Bereich der Oberfläche erreicht wird. Dies unterstützt zusätzlich das Verhindern des Abgleitens der Gleitlagerschicht während des Walzplattierens infolge eines Verkrallungseffekts, sodass also die Bindepartikel nicht nur nach der Herstellung der Verbindung wirken sondern bereits 2/11 österreichisches Patentamt AT512 442B1 2013-10-15 vorher während der Ausbildung der Verbindung.

[0018] Die Rillenstruktur kann anstelle in der Oberfläche der Stützschicht oder zusätzlich dazu an der Oberfläche der Bindeschicht erzeugt werden bzw. vorhanden sein. Damit wirkt die Bindeschicht nicht nur bei einer an das Plattieren anschließenden Wärmebehandlung zur Mischkristallbildung infolge Diffusion und damit zur Erhöhung der Bindefestigkeit durch die Mischkristallbildung sondern auch mechanisch zur Erhöhung der Bindefestigkeit infolge eines Formschlusses. Darüber hinaus wird damit die Einbringung der Oberflächenstruktur erleichtert, das Bindeschichten üblicherweise weicher sind als die Trägerschicht. Für den Fall, dass die Trägerschicht zusätzlich einer Oberflächenstruktur aufweist, kann diese mit geringerer Tiefe ausgeführt werden, wodurch die erforderlichen Kräfte zur Ausbildung der Oberflächenstruktur, sofern diese mechanisch eingebracht wird, reduziert werden können und damit insbesondere auch das Werkzeug zur Erzeugung der Oberflächenstruktur eine höhere Standzeit aufweist.

[0019] Nach Ausführungsvarianten des Gleitlagers kann vorgesehen werden, dass die Rillung Rillen mit einer Rillenbreite aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm, und/oder dass die Rillen eine Rillentiefe aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm. Mit Rillenbreiten und/oder Rillentiefen oberhalb von 0,9 mm wurde festgestellt, dass die voranstehend beschriebenen Effekte des Aufbaus des Spannungszustandes in der Gleitlagerschicht nur unzureichend erreicht werden, da die Rillen nur ungenügend, d.h. teilweise unvollständig, mit dem Werkstoff der Gleitlagerschicht gefüllt werden. Mit Rillentiefen und/oder Rillenbreiten unterhalb von 0,1 mm wurde wiederum beobachtet, dass zwar die beschriebenen Effekte noch erreicht werden, allerdings nur in einem verringertem Ausmaß, sodass also auch die Verbesserung der Bindefestigkeit nur in einem verringerten Ausmaß erreicht wird.

[0020] Vorzugsweise besteht die Gleitlagerschicht aus einem Weißmetall oder einer Aluminiumbasislegierung da derartige für Gleitlager eingesetzte Legierungen bekanntermaßen eine sehr hohe Fähigkeit zur Anpassung aufweisen. Es ist damit auch der Formschluss zwischen der Trägerschicht und der Gleitlagerschicht besser darstellbar.

[0021] Dabei ist auch von Vorteil, wenn die Gleitlagerschicht ein Weichmetall aufweist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Sn, In, Bi, Pb, Ag, sowie Mischungen daraus, wobei der Weichmetallanteil in der Gleitlagerschicht mindestens 20 Gew.-% und maximal 95 Gew.-% beträgt, da damit einerseits infolge des Anteils an dem Weichmetall die Anpassungsfähigkeit und damit der Formfüllfaktor in Bezug auf die Oberflächenstruktur verbessert werden kann, neben den verbesserten Gleiteigenschaften dieser Legierungen, sodass also das Einwalzen in die Oberflächenstruktur verbessert wird, und andererseits die Gleitlagerschicht durch die Begrenzung des maximalen Anteils auch eine ausreichende Eigenfestigkeit aufweist.

[0022] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0023] Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung: [0024] Fig. 1 ein Gleitlager in Seitenansicht; [0025] Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Gleitlager mit Ausbildung des Verbundes; [0026] Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Gleitlager nach einer Ausführungsvariante des form schlüssigen Verbundes; [0027] Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Gleitlager nach einer weiteren Ausführungsvariante des formschlüssigen Verbundes.

[0028] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, 3/11 österreichisches Patentamt AT512 442B1 2013-10-15 unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0029] Fig. 1 zeigt ein Gleitlager 1 in Seitenansicht. Das Gleitlager 1 umfasst bzw. besteht aus einer Stützschicht 2 und einer Gleitlagerschicht 3.

[0030] Das nicht geschlossene Gleitlager 1 kann neben der Halbschalenausführung mit einer Winkelbereichüberdeckung von zumindest annähernd 180 ° auch eine davon abweichende Winkelbereichüberdeckung aufweisen, beispielsweise zumindest annähernd 120 0 oder zumindest annähernd 90 °, sodass also das Gleitlagerelement 1 auch als Drittelschale, oder als Viertelschale ausgebildet sein kann, die mit entsprechenden weiteren Lagerschalen in einer Lageraufnahme kombiniert werden, wobei das Gleitlager 1 nach der Erfindung bevorzugt im höher belasteten Bereich der Lageraufnahme eingebaut wird.

[0031] Es sind aber auch andere Ausführungsvarianten des Gleitlagers 1 möglich, beispielsweise eine Ausführung als Lagerbüchse.

[0032] Die Stützschicht 2 besteht üblicherweise aus einem harten Werkstoff. Als Werkstoffe für die Stützschicht 2, auch Stützschale genannt, können Bronzen, Messing, etc. verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung besteht die Stützschicht 2 aus einem Stahl.

[0033] Die Gleitlagerschicht 3 ist bei der Ausführungsvariante nach Fig. 1 als Gleitschicht ausgebildet, die in direktem Kontakt mit dem zu lagernden Bauteil, beispielsweise einer Welle, steht.

[0034] Es besteht im Rahmen der Erfindung aber neben der Zweischichtigen Ausführung auch die Möglichkeit, das Gleitlager 1 aus mehr als zwei Schichten aufzubauen. In diesem Fall ist die Gleitlagerschicht 3 eine Lagermetallschicht, auf der in der Folge noch die Gleitschicht aufgebracht wird. Es besteht dabei die Möglichkeit, dass zwischen dieser Lagermetallschicht und der Gleitschicht zumindest eine Zwischenschicht angeordnet wird, beispielsweise eine Diffusionssperrschicht und/oder eine Bindeschicht.

[0035] Derartige konstruktive Aufbauten von Mehrschichtgleitlagern sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt, sodass diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei.

[0036] Die Gleitlagerschicht 3 besteht aus einem in Bezug auf den Werkstoff der Stützschicht 2 weicheren Werkstoff. Insbesondere besteht die Gleitlagerschicht 3 aus einem Weißmetall. Das Weißmetall kann beispielsweise die Zusammensetzung SnSb7Cu3,5Cd1, PbSb14Sn9CuNiCdAs, PbSn15 Sn10As, SnSb7Cu3,5, SnSb8Cu3, SnSb8Cu3,5NiCd, SnSb10Cu4NiCdAsCr oder SnSb12Cu5,5NiCdAs aufweisen, wobei auch andere Zusammensetzungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, möglich sind.

[0037] Neben Weißmetalllegierungen können auch andere Legierungen verwendet werden, beispielsweise Aluminiumbasislegierungen, insbesondere Aluminiumbasislegierungen mit einem hohen Anteil an einem Weichmetall, oder Bleibronzen.

[0038] Unter einem Weichmetall im Sinne der Erfindung wird ein Metall verstanden, das ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Sn, In, Bi, Pb und Ag, wobei auch Mischungen aus zumindest zwei der Elemente dieser Gruppe möglich sind.

[0039] Unter einem hohen Anteil an Weichmetall in der Nichtweißmetalllegierung, also beispielsweise der Aluminiumbasislegierung wird im Sinne der Erfindung ein Weichmetallanteil von zumindest 20 Gew.-% verstanden. Insbesondere beträgt der Weichmetallanteil zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-%.

[0040] In Weißmetalllegierungen kann hingegen der Weichphasenanteil bis zu 95 Gew.-%, beispielsweise zwischen 40 Gew.-% und 85 Gew.-%, betragen.

[0041] In Bleibronzen kann der Weichmetallanteil bis zu 20 Gew.-% betragen. 4/11 österreichisches Patentamt AT512 442B1 2013-10-15 [0042] Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Weichmetallanteil je nach Einsatz dieser Legierungen, also als Lagermetallschicht oder als Gleitschicht, variiert, wobei bevorzugt Gleitschichtlegierungen im Vergleich zu Lagermetalllegierungen einen höheren Anteil an Weichphasenele-ment(en) aufweisen.

[0043] Prinzipiell ist jedoch auch die umgekehrte Ausführung, also der höhere Anteil an Weich-phasenelement(en) in der Lagermetalllegierung, bezogen auf die Gleitschicht, möglich, wenngleich diese Ausführungen Spezialanwendungen Vorbehalten sind.

[0044] Beispiele für derartige Aluminiumbasislegierungen sind AISn40Cu, AISn40, AISn25Cu, AISn25, AISn25CuMn, AISn20Cu, AISn20CuMn, wobei auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Aluminiumbasislegierungen verwendet werden können.

[0045] Eine andere verwendbare Legierung ist z.B. PbSn9Sb15.

[0046] Die Gleitlagerschicht 3 ist mit der Stützschicht 2 durch Walzplattieren verbunden. Es werden dazu bekanntlich die Stützschicht 2 und die Gleitlagerschicht 3 zusammengeführt, sodass sie oberflächlich aneinander anliegen, und dieser lose Verbund danach einem Walzstuhl zugeführt, der zwei oder mehrere Walzwerkzeuge umfasst, zwischen denen die beiden Schichten durchgeführt und dabei miteinander verbunden werden.

[0047] Anschließend wird der dabei entstandene Verbundwerkstoff, d.h. das Vorprodukt für das jeweilige Gleitlagerelement, noch zur endgültigen (Halb)schale in einer Presse umgeformt. Gegebenenfalls können vorher noch aus einer größeren Platten Streifen geschnitten werden, die den Abmessungen des daraus herzustellenden Gleitlagerelementes zumindest annähernd entsprechen - es kann nach der Umformung auch noch eine Nachbearbeitung erfolgen, beispielsweise durch Feinbohren.

[0048] Diese prinzipielle Vorgangsweise ist bereits im Stand der Technik ausreichend dokumentiert, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei.

[0049] In Fig. 2 ist nun eine erste Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt.

[0050] Das Vorprodukt für das Gleitlager 1, welches nur ausschnittsweise in Seitenansicht dargestellt ist, umfasst bzw. besteht wiederum die Stützschicht 2 sowie die Gleitlagerschicht 3.

[0051] Die Stützschicht 2 ist mit einer Oberflächenstrukturierung 4 versehen. Diese Oberflächenstrukturierung weist Erhebungen 5 sowie Vertiefungen 6 auf, die zwischen den Erhebungen 5 angeordnet sind. Die Vertiefungen 6 können so ausgestaltet sein, dass sie allseitig von Erhebungen 5 umgeben sind. In diesem Fall können die Vertiefungen 6 beispielsweise in Draufsicht einen runden, ovalen, quadratischen, rechteckigen, sechseckigen oder generell einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Der Abstand zwischen jeweils zwei nebeneinander-liegenden Vertiefungen 6 kann dabei zwischen 0,05 mm und 0,5 mm betragen.

[0052] Vorzugsweise ist die Oberflächenstrukturierung 4 jedoch als Rillung ausgebildet, die durch einzelne nebeneinanderliegende Rillen, d.h. rillenförmige Vertiefungen 6, gebildet wird, die von Stegen, die die Erhebungen 5 bilden, voneinander getrennt sind. Die rillenförmigen Vertiefungen 6 können dabei mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Gleitlagers 1 und/oder in radialer Richtung und/oder in diagonaler Richtung, d.h. schräg zur radialen Richtung verlaufen. Vorzugsweise verlaufen sie jedoch in Umfangsrichtung des daraus hergestellten Gleitlagers 1 bzw. in Walzrichtung, da damit ein besserer Füllgrad durch das bessere Verformungsverhalten, bedingt durch den anders ausgebildeten hydrostatischen Spannungszustand im Walzspalt, erreicht werden kann.

[0053] Die rillenförmigen Vertiefungen 6 weisen bevorzugt eine Rillenbreite 7 auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm, insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,3 mm und einer oberen Grenze von 0,7 mm. Die Rillenbreite ist dabei der Abstand zwischen den Mittelpunkten der die Vertiefung 6 begrenzenden Flanken der Erhebungen 6. 5/11 österreichisches Patentamt AT512 442 B1 2013-10-15 [0054] Eine Rillentiefe 8 ist vorzugsweise ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm, insbesondere aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,4 mm und einer oberen Grenze von 0,8 mm. Die Rillentiefe 8 entspricht der maximalen Höhe der an die jeweilige Vertiefung 6 anschließenden Erhebungen 5, gemessen vom tiefsten Punkt einer Bodenfläche 9 der Vertiefung 6.

[0055] Die Bodenfläche 9 kann im Rahmen von Fertigungstoleranzen zumindest annähernd ebenflächig ausgebildet sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese mit einer Rundung zu versehen, sodass die Bodenfläche 9 bezüglich der Vertiefung 6 einen konvexen Verlauf annimmt.

[0056] Des Weiteren können die Flanken der Erhebungen 5 im Querschnitt betrachtet geradlinig verlaufen. Ebenso können diese Flanken aber auch einen gekrümmten Verlauf mit einer Krümmung in Richtung auf die Vertiefung 6 aufweisen.

[0057] Es besteht dabei auch die Möglichkeit, dass die Bodenfläche 9 und/oder diese Flanken aus einer Kombination aus ebenen bzw. geradlinigen und gekrümmten Abschnitten bestehen.

[0058] Selbstverständlich können diese Ausführungen auch auf die voranstehenden umschlossenen Vertiefungen 6 bzw. die diese umgebenden Erhebungen 5 angewandt werden.

[0059] Prinzipiell sind auch andere Formgestaltungen möglich.

[0060] Es ist weiter möglich, dass die Vertiefungen 6 mit teilweiser zueinander unterschiedlicher Tiefe und/oder die Erhebungen 5 mit teilweiser zueinander unterschiedlicher Höhe ausgebildet werden.

[0061] Im einfachsten und bevorzugten Fall wird die Oberflächenstrukturierung mittels zumindest einer Formwalze, d.h. eine Profilwalze oder einer Prägewalze, hergestellt, die die entsprechende Oberflächenkontur aufweist und die in die zu profilierende Oberfläche gedrückt wird. Es ist auch möglich, die Oberflächenstrukturierung 4 in mehreren Schritten mit mehreren Formwalzen herzustellen. Es sind jedoch auch andere mechanische Verfahren zur Erzielung der Oberflächenstruktur 4 möglich, beispielsweise durch Sandstrahlen, oder auch chemische Verfahren, beispielsweis mittels Ätzung. Diese sind jedoch nicht die bevorzugten Methoden, da damit die genaue Struktur der Oberfläche nicht bzw. zu ungenau vorherbestimmt werden kann.

[0062] Die Oberflächenstrukturierung kann auch mittels Laser oder Elektronenstrahl, etc., eingebracht werden.

[0063] Nach der Erzeugung der Oberflächenstruktur 4 auf der Stützschicht 2 wird diese mit der Gleitlagerschicht 3 zusammengeführt und die beiden Schichten gemeinsam abgewalzt. Während des Walzens wird der Werkstoff der Gleitlagerschicht 3 teilweise in die Vertiefungen 6 verdrängt, wodurch in der Folge zusätzlich zu voranstehender Kaltverschweißung der beiden Werkstoffe ein Formschluss ausgebildet wird. Gegebenenfalls ist es möglich, dass zumindest einer der beiden zu verbindenden Werkstoffe, insbesondere der Werkstoff der Gleitlagerschicht 3 vor dem Plattieren erwärmt wird, wobei die Temperatur maximal 70 %, insbesondere maximal 50 % der Schmelztemperatur des Werkstoffes betragen soll.

[0064] Das Plattieren, d.h. das Walzen wird vorzugsweise mit einem Stich zwischen 5 % und 60 % durchgeführt. Demgemäß ist auf die Schichtdickenreduktion der beiden zu verbindenden Schichten Rücksicht zu nehmen. Aufgrund der geringeren Härte der Gleitlagerschicht 3 wird deren Schichtdicke beim Aufwalzen stärker reduziert als die Schichtdicke der Stützschicht 2. Das Ausmaß der Schichtdickenreduktionen kann aus dem gewählten Stich vorbestimmt werden. Beispielsweise wird die Schichtdicke der Gleitlagerschicht 3 um einen Wert zwischen 20 % und 70 % bezogen auf die Ausgangsschichtdicke reduziert. Die Schichtdicke der Stützschicht 2 wird gegebenenfalls auch reduziert, beispielsweise um einen Wert zwischen 5 % und 30 % bezogen auf deren Ausgangsschichtdicke.

[0065] Das Walzplattieren kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Dabei kann die Schichtdickenabnahme pro Walzdurchgang zwischen 1 % und 10 % bezogen auf die Anfangsschichtdicke betragen. 6/11 österreichisches Patentamt AT512 442 B1 2013-10-15 [0066] Das Walzplattieren kann auch mit einem größeren Stich, insbesondere zwischen 30 % und 50 % durchgeführt werden. Das Ergebnis dieser Ausführungsvariante ist in Fig. 3 dargestellt.

[0067] Fig. 3 zeigt wie Fig. 2 ebenfalls die Stützschicht 2 sowie die damit verbunden Gleitlagerschicht 3 nach dem Walzplattieren. Die Umformung während des Walzplattierens wurde bei dieser Ausführungsvariante allerdings so groß gewählt, dass nicht nur der Werkstoff der Gleitlagerschicht 3 in die Vertiefungen 6 teilweise verdrängt wurde, sondern dass zusätzlich auch die Erhebungen 5 der Oberflächenstrukturierung 4, in diesem Fall die Stege zwischen den Rillen, zumindest teilweise verformt wurden, sodass diese - im Querschnitt betrachtet - pilzförmig mit Hinterschneidungen 10 ausgebildet werden. Es wurde dabei auch beobachtet, dass sich eine obere Stirnfläche 11 der Erhebungen 5 krümmt und zumindest annähernd einen konkaven Verlauf ausbildet. Unterstützt wird diese Ver- bzw. Umformung durch die bereits voranstehend angeführten Spannungszustände in der Gleitlagerschicht 3 während des Walzplattierens. Somit werden also die Erhebungen 5 in einem Kopfbereich 12 stärker verformt als in einem Fußbereich 13.

[0068] Durch die Hinterschneidungen 10 wird eine geometrische Verzahnung, d.h. der Formschluss, der beiden Schichten miteinander unterstützt und damit die Bindefestigkeit des Verbundwerkstoffes verbessert.

[0069] In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Gleitlagers 1 strichliert dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante wird zwischen der Stützschicht 2 und der Gleitlagerschicht 3 eine Bindeschicht 14 angeordnet, die mit der Stützschicht 2 verbunden ist. Die Bindeschicht 14 wird vor dem Walzplattieren auf die Stützschicht 2 aufgetragen bzw. auf dieser abgeschieden, beispielsweise galvanisch oder in einem entsprechenden Tauchverfahren.

[0070] Der Werkstoff für die Bindeschicht 14 kann ausgewählt werden aus einer Gruppe umfassend bzw. bestehend aus Kupfer, Zinn, Aluminium, Kupfer, Nickel, Antimon, Zink, Bismuth, Eisen, Magnesium, Mangan, Titan, Vanadium sowie deren Legierungen.

[0071] Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante wird die Schichtdicke der Bindeschicht 14 so gewählt, dass die Oberflächenstruktur 4 zur Gänze in der Bindeschicht 14 ausgebildet ist. Die Oberfläche der Stützschicht 2 bleibt hingegen zumindest weitgehend bzw. zur Gänze frei von einer derartigen Oberflächenstrukturierung 4.

[0072] Da die Bindeschicht 14 in der Regel weicher ist als die Stützschicht 2 wird damit der Vorteil erreicht, dass die Einbringung der Oberflächenstrukturierung 4 mit einem geringeren Druck erfolgen kann. Darüber hinaus ermöglicht die Bindeschicht 14 zusätzlich, dass bei einer an die Walzplattierung anschließenden Wärmebehandlung des Verbundwerkstoffes eine Mischkristallbildung aus Bestandteilen der Bindeschicht 14 und dem Werkstoff der Gleitlagerschicht 3 erfolgt, die ihrerseits wiederum zur Verbesserung der Bindefestigkeit der Schichten beiträgt. Beispielsweise können dabei Mischkristalle mit Kupfer gebildet werden.

[0073] Alternativ zur Bindefolie 14 können zur Verbesserung der Verbundfestigkeit auf die bereits strukturierte Oberfläche der Stützschicht 2 Bindepartikel aufgestreut werden.

[0074] Unter Bindepartikel werden im Sinne der Erfindung Partikel verstanden, die eine im Vergleich zu einer Ausführung ohne derartige Partikel verbesserten Haftung der Gleitlagerschicht 3 auf der Stützschicht 2 bewirken.

[0075] Die Bindepartikel können dabei ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Cu, Sb, AI, Zn, Bi, Sn, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, V, sowie Mischungen daraus.

[0076] Es ist dabei insbesondere von Vorteil, wenn die Bindepartikel mit einer Flächenbelegung von zumindest 100 Partikel/cm2, insbesondere mit einer Flächenbelegung zwischen 500 Parti-kel/cm2 und 120000 Partikel/cm2, vorzugsweise zwischen 500 Partikel/cm2 und 5000 Partikel/cm2, aufgebracht werden.

[0077] Durchgeführte Tests haben zudem gezeigt, dass es von Vorteil für die Bindefestigkeit ist, wenn die Bindepartikel einen maximalen Durchmesser zwischen 30 pm und 300 pm aufweisen. 7/11 österreichisches Patentamt AT512 442B1 2013-10-15 [0078] Der maximale Durchmesser ist dabei die größte Durchmesserabmessung eines Parti-kels.

[0079] Die Bindepartikel haben vorzugsweise einen zumindest annähernd runden oder zumindest annähernd knollen- bzw. zumindest annähernd würfelförmigen Habitus, damit sie nicht als Kerbstellen wirken. Prinzipiell sind aber auch Bindepartikel einsetzbar die einen davon abweichenden, z.B. länglichen, Habitus aufweisen.

[0080] Fig. 4 zeigt eine weiter Ausführungsvariante eines Vorproduktes für das Gleitlager 1 (Fig. 1). Bei dieser Ausführungsvariante wird die Oberflächenstrukturierung in der Oberfläche der Stützschicht 2 ausgebildet. Auf diese bereits profilierte Oberfläche wird in der Folge partiell die Bindeschicht 14 aufgetragen, und zwar insbesondere in den Vertiefungen 6 abgeschieden. In der Folge wird wie voranstehend beschrieben die Gleitlagerschicht 3 auf diesen Materialverbund aufgewalzt. Auch bei dieser Ausführungsvariante kann der Vorteil der Mischkristallbildung, wie voranstehend beschrieben, zur Verbesserung der Verbundfestigkeit erreicht werden.

[0081] Alternativ dazu kann auch vorgesehen werden, dass die Oberflächenstrukturierung 4 sowohl zumindest teilweise in der Stützschicht 2 als auch zumindest teilweise in der Bindeschicht 14 ausgebildet wird.

[0082] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass auf übliche Verfahrensschritte, wie z.B. die Entfettung der Oberfläche der Stützschicht 2, etc., nicht eingegangen wurde, diese aber selbstverständlich bei Bedarf bzw. Notwendigkeit auszuführen sind.

[0083] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Gleitlagers 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Gleitlager 2 Stützschicht 3 Gleitlagerschicht 4 Oberflächenstrukturierung 5 Erhebung 6 Vertiefung 7 Rillenbreite 8 Rillentiefe 9 Bodenfläche 10 Hinterschneidung 11 Stirnfläche 12 Kopfbereich 13 Fußbereich 14 Bindeschicht 8/11

Claims (13)

1. österreichisches Patentamt AT512 442B1 2013-10-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (1) umfassend eine Stützschicht (2) und eine Gleitlagerschicht (3), wobei die Stützschicht (2) mittels Walzplattieren mit der Gleitlagerschicht (3) verbunden wird, und wobei vor dem Walzplattieren auf der Oberfläche der Stützschicht (2) eine Oberflächenstrukturierung (4) in Form einer Rillenstruktur mit rillenförmigen Vertiefungen (6) erzeugt wird und danach die Gleitlagerschicht (3) auf die Oberflächenstrukturierung (4) aufgewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die rillenförmigen Vertiefungen (6) mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Gleitlagers (1) hergestellt werden und während des Walzplattierens in der Rillenstruktur Hinterschneidungen (10) erzeugt werden und wobei die rillenförmigen Vertiefungen (6) mit einer Rillentiefe (8) hergestellt werden die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Walzplattieren auf die Oberfläche der Stützschicht (2) zumindest bereichsweise eine Bindeschicht (14) oder Bindepartikel aufgetragen wird oder werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindepartikel ausgewählt werden aus einer Gruppe umfassend Cu, Sb, AI, Zn, Bi, Sn, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, V.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindepartikel mit einer Flächenbelegung von zumindest 100 Partikel/cm2 aufgebracht werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur anstelle in der Oberfläche der Stützschicht (2) oder zusätzlich dazu an der Oberfläche der Bindeschicht (14) erzeugt wird.
6. 6. Gleitlager (1) umfassend eine Stützschicht (2) und eine Gleitlagerschicht (3), die mit der Stützschicht (2) verbunden ist, wobei die Stützschicht (2) eine Oberflächenstruktur (4) mit Erhebungen (5) und rillenförmigen Vertiefungen (6) aufweist, sodass die Gleitlagerschicht (3) zusätzlich zu einer stoffschlüssigen Verbindung formschlüssig mit der Stützschicht (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rillenförmigen Vertiefungen (6) mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung des Gleitlagers (1) verlaufen und Hinterschneidungen (10) aufweisen und wobei die rillenförmigen Vertiefungen (6) eine Rillentiefe (8) aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm.
7. 7. Gleitlager (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gleitlagerschicht (3) und der Stützschicht (2) zumindest bereichsweise eine Bindeschicht (14) angeordnet wird oder Bindepartikel aufgebracht werden.
8. 8. Gleitlager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindepartikel ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend Cu, Sb, AI, Zn, Bi, Sn, Fe, Mg, Mn, Ni, Ti, V.
9. 9. Gleitlager (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindepartikel mit einer Flächenbelegung von zumindest 100 Partikel/cm2 aufgebracht sind.
10. 10. Gleitlager (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (4) anstelle in der Oberfläche der Stützschicht (2) oder zusätzlich dazu in der Oberfläche der Bindeschicht (14) ausgebildet ist
11. 11. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (6) eine Breite, insbesondere Rillen der Rillung eine Rillenbreite (7), aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm und einer oberen Grenze von 0,9 mm.
12. 12. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerschicht (3) aus einem Weißmetall oder einer Aluminiumbasislegierung besteht. 9/11 österreichisches Patentamt AT 512 442 B1 2013-10-15
13. 13. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerschicht (3) ein Weichmetall aufweist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Sn, In, Bi, Pb, Ag, wobei der Weichmetallanteil in der Gleitlagerschicht mindestens 20 Gew.-% und maximal 95 Gew.-% beträgt. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 10/11