CH703367A2 - Gleitlager. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager (1) in Form einer Halbschale (2) umfassend eine Stützschicht (3), eine Lagermetallschicht und/oder eine Gleitschicht (4), wobei die Stützschicht (3) aus mehreren miteinander verbundenen Segmenten (5) besteht, zwischen denen jeweils ein Verbindungsbereich (6) ausgebildet ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gleitlager in Form einer Halbschale umfassend eine Stützschicht, eine Lagermetallschicht und/oder eine Gleitschicht, ein Verfahren zur Herstellung dieses Gleitlagers, wobei die Stützschicht aus einem flachen Substrat durch Umformung zur Gleitlagerhalbschale gebildet wird und wobei auf die Stützschicht zumindest eine weitere Schicht aufgebracht wird, sowie die Verwendung des Gleitlagers.

[0002] Um die unterschiedlichen, einander zum Teil widersprechenden Anforderungen an ein Gleitlager, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit und der tribologischen Eigenschaften, erfüllen zu können, ist es im Stand der Technik üblich, eine Lagermetallschicht und/oder eine Gleitschicht auf eine stählerne Stützschale aufzubringen, sodass die Gleiteigenschaften durch die Lagermetallschicht bzw. die Gleitschicht und die Festigkeitseigenschaften durch die Stützschicht bestimmt werden.

[0003] Um eine stabile Lage zur Frettingvermeidung und die benötigte Kontur der Lagerung zu erreichen, muss die Lagerumfangslänge gegenüber der Lageraufnahme derart ausgelegt sein, dass durch einen Einpressvorgang eine genügend hohe Spannung aufgebaut wird. Geometrisch wird dies durch eine über der Lageraufnahme liegende Aufspreizung und vor allem mittels des so genannten Lagerüberstandes erzielt.

[0004] Durch die höher werdenden Belastungen steigt diese Spannung, überlagert durch thermische Dehnungen und dynamische Wellenbelastungen bei modernen Motoren. Somit treten bei den üblicherweise verwendeten Stahlschalenwerkstoffen, aber auch bei den Lagermetallen bzw. bei den Legierungen für die Gleitschichten, plastische und pseudo-elastische Effekt auf, die letztendlich zu einer Geometrieveränderung der Lagerschale selbst führen. Diese Geometrieveränderung resultiert letztendlich in einem Verlust der Aufspreizung einerseits und einer Verringerung des Lagerüberstandes andererseits. Im Ergebnis ist die Lagerung nicht mehr stabil, wodurch Mikrobewegungen ermöglicht werden, die zum Fretting führen oder gar ein Mitdrehen der Gleitlagerhalbschalen bzw. des Lagers verursachen.

[0005] Um diesem Problem abzuhelfen, besteht theoretisch die Möglichkeit, Stähle mit höherer Formstabilität zu verwenden. Nachteilig dabei ist jedoch, dass sich der höhere Verformungswiderstand einschränkend auf die Einsetzbarkeit von üblichen Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerverbundwerkstoffen, wie zum Beispiel das Walzplattieren oder das Verbundgiessen, auswirkt. Insbesondere beim Walzplattieren, welches eine wirtschaftlich besonders interessante Verbindungstechnik darstellt, bestehen dimensionelle Einschränkungen aufgrund der dafür erforderlichen Umformkräfte. Beim Verbundgiessen wirken sich zu schroffe Abkühlbedingungen beim Schleudergiessen grösserer Teile negativ auf das Gefüge der Stähle aus und können diese in der Folge nur mehr schwer oder nicht mehr wirtschaftlich formgebend bearbeitet werden.

[0006] Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Lagermetalle auf stählerne Stützschichten für Gleitlager mit grösseren Lagerbreiten durch Sprengplattieren auf die stählerne Stützschicht aufgebracht werden. Damit sind aber ebenfalls extrem hohe Kosten verbunden, sodass dieses Verfahren wirtschaftlich nur sehr schwer in einer Serienfertigung umsetzbar ist. Zudem ist aber auch nach diesem Verfahren die maximal verfügbare Breite des Sandwichs begrenzt.

[0007] Um den unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich der Belastungsfähigkeit und der Einbettfähigkeit zu genügen, wurde in der GB 549433 A ein Gleitlager für Verbrennungskraftmaschinen mit Lagerhalbschalen vorgeschlagen, das auf einer durchgehenden, stählernen Stützschale eine Lagermetallschicht aus einzelnen in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Abschnitten mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften aufweist, sodass härtere Lagermetallabschnitte für die in bestimmten Winkelbereichen der Halbschale auftretenden maximalen Belastungen vorgesehen werden können, während die weicheren Lagermetallabschnitte eine gute Anpassungs- und Einbettungsfähigkeit mit sich bringen.

[0008] Für denselben Zweck ist es aus der auf die Anmelderin zurückgehende WO 2009/059 344 A2 bekannt, dass die auf einer Stützschicht aufgebrachte Laufschicht aus zwei Teillaufschichten besteht, wobei eine Teillaufschicht eine bessere Einbettfähigkeit für Schmutzpartikel und die zweite Teillaufschicht die Verschleissbeständigkeit und die Belastbarkeit des Gleitlagers sicherstellt.

[0009] Üblicherweise werden bei Gleitlagerungen zwei verschiedene Gleitlagerhalbschalen verwendet, da die mechanischen und tribologischen Anforderungen bzw. Belastungen der unteren Gleitlagerhalbschale unterschiedlich sind zur oberen Gleitlagerhalbschale der Gleitlagerung.

[0010] Es werden dabei üblicherweise für die untere Gleitlagerhalbschale festere Lagerwerkstoffe verwendet als für die obere Gleitlagerhalbschale. Dies insbesondere deswegen, da besonders in Anlaufphasen oder im Lastwechselbetrieb die Schmierspaltgeometrie bei derartigen Gleitlagern über den Lagerumfang nicht konstant ist, insbesondere bei hydrodynamischen Gleitlagerungen in diesen Belastungsphasen des Gleitlagers im Bereich des Lagerwerkstoffes der unteren Gleitlagerhalbschale bessere tribologische Eigenschaften gefordert sind als für die obere Gleitlagerhalbschale. Es ist dabei weiters bekannt, diese Gleitlagerhalbschalen miteinander zu verschweissen, wie dies zum Beispiel die DE 2 439 096 A zur Ausbildung einer Lagerbuchse beschreibt. Es wird dazu das Lagermaterial auf einen ebenen Stahlstreifen aufgebracht und dieses Sandwich durch Pressen zur Gleitlagerhalbschale umgeformt, bevor die beiden Gleitlagerhalbschalen durch Elektronenschweissen miteinander verbunden werden.

[0011] Auch die DD 42 189 B beschreibt eine Lagerbuchse die jener der letztgenannten DE-A ähnlich ist, wobei hier die Lagerbuchse wiederum aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist, die durch Schweissen oder Hartlöten miteinander verbunden sind, wobei für die hoch belastete Halbschale ein höherwertiger Lagerwerkstoff verwendet wird als für die weniger belastete obere Halbschale.

[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gleitlager für Verbrennungsmotoren zur Verfügung zu stellen.

[0013] Diese Aufgabe der Erfindung wird jeweils unabhängig durch das eingangs genannte Gleitlager in Form einer Halbschale, das Verfahren zum Herstellen dieser Gleitlagerhalbschale sowie durch die Verwendung der Gleitlagerhalbschale gelöst, wobei bei dem Gleitlager die Stützschicht aus mehreren miteinander verbundenen Segmenten besteht, zwischen denen jeweils ein Verbindungsbereich ausgebildet ist, nach dem Verfahren die Stützschicht aus mehreren Segmenten zusammengesetzt wird und die Segmente stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder mittels einer Pressverbindung miteinander verbunden werden, sowie durch die Verwendung des Gleitlagers im Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges.

[0014] Obwohl aus fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Sicht durch das Aufteilen der Stützschicht auf mehrere einzelne Segmente die miteinander verbunden werden müssen, durchaus Nachteile im Vergleich zu herkömmlichen Gleitlagerhalbschalen bestehen, die einerseits damit verbunden sind, dass eben mehrere Fertigungsschritte erforderlich sind und andererseits die Verbindung der einzelnen Segmente durchaus nicht unproblematisch ist, insbesondere wenn die Segmente miteinander verschweisst werden, da damit in den Verbindungsbereich Wärme eingebracht wird, woraus Gefügeveränderungen resultieren können und insbesondere bei dickeren Stützschichten die vollflächige Verbindung im Stirnseitenbereich zwischen den einzelnen Segmenten problematisch ist, überwiegen jedoch die Vorteile dieses neuen Gleitlagertyps. Zum einen ist es damit möglich, Gleitlagerhalbschalen mit grösserer Breite herzustellen. Im Sinne der Erfindung wird unter einer breiten Gleitlagerhalbschale eine Halbschale verstanden, die ein Verhältnis der Gesamtwandstärke zur Breite von mindestens 1:10, insbesondere mindestens 1:20 bzw. mindestens 1:25, aufweist,. Es wird somit möglich, derartig grosse Gleitlagerhalbschalen ohne aufwändige Umrüstungen in der Serienfertigung eines Herstellers von Gleitlagerhalbschalen herzustellen, da aufgrund der geringeren Grösse der einzelnen Segmente der vorhandene Maschinenpark weiterhin zur Anordnung der Lagermetallschicht bzw. der Gleitschicht auf der Stützschicht verwendet werden kann. Insbesondere ist es dabei möglich, das Verfahren des Walzplattierens auch für derartig grosse Gleitlagerhalbschalen weiterhin anzuwenden, da die erforderlichen Umformkräfte für die einzelnen Segmente im Vergleich zu durchgehenden Stützschichten gleicher Gleitlagergrösse reduziert werden können, insbesondere da diese nicht zu einem zumindest annähernd kompletten Halbkreis umgeformt werden müssen. Neben dem Walzplattieren, das insbesondere aus wirtschaftlicher Sicht interessant zur Herstellung der Gleitlagerhalbschale ist, können aber auch andere Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel PVD oder CVD-Verfahren, weiterhin verwendet werden, wobei hierbei insbesondere von Vorteil ist, dass bekannte Geometrien von Beschichtungskammern, beispielsweise Sputteranlagen, für die Serienfertigung derartig grosser Gleitlagerhalbschalen Anwendung finden können, sodass auf eine komplexe Geometrie, wie sie für die Beschichtung einer grossen Gleitlagerhalbschale aufgrund der bekannten Effekte während der Abscheidung, beispielsweise durch Abschattungen etc., vermieden werden können, sodass die einzelnen Segmente mit einer sehr hohen Genauigkeit der Schichtdicke der aufgetragenen Schicht hergestellt werden können. Darüber hinaus wird es damit aber auch möglich, unterschiedliche Werkstoffe zur Herstellung der Stützschicht zu kombinieren, wodurch nicht nur eine bessere Anpassung an die Anforderungen der Gleitlagerhalbschale ermöglicht wird, sondern damit auch bisher nicht bekannte, neue Eigenschaftsprofile für Gleitlagerhalbschalen zur Verfügung gestellt werden können. Neben dem Erreichen grösserer Lagerbreiten ist es auch von Vorteil, dass mit dem vorgeschlagenen Gleitlager bzw. im Verfahren zum Herstellen des Gleitlagers auch grössere Schichtdicken, beispielsweise eine Schichtdicke von mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 15 mm, vorzugsweise mindestens 30 mm, für die Stützschicht einfacher erreichbar ist, da die erforderliche Umformung der einzelnen Segmente im Vergleich zu einer vollständigen Gleitlagerhalbschale mit geringerem Energieeinsatz erreicht werden kann. Es ist damit auch eine wirtschaftlichere Lagerhaltung möglich, da nur wenige Breiten von Stützschichtstreifen als Halbfertigmaterial vorrätig gehalten werden müssen.

[0015] Es ist auch möglich, dass die Lagermetallschicht und/oder die Gleitschicht aus mehreren Segmenten besteht bzw. bestehen oder dass die zumindest eine weitere Schicht ebenfalls aus mehreren Segmenten zusammengesetzt wird. Das Gleitlager kann also in Form eines «Patchworklagers» aufgebaut sein, wodurch eine bessere Anpassung an die unterschiedlichen Anforderungen an ein Gleitlager möglich ist, indem gezielt bestimmte Werkstoffe für die unterschiedlich belasteten Bereiche einer Gleitlagerhalbschale eingesetzt werden. Zudem ist es damit möglich, die Werkstoffeigenschaften innerhalb eines Segments des Gleitlagers aufeinander besser abzustimmen, sodass beispielsweise die Haftfestigkeit der einzelnen Schichten aneinander verbessert werden kann. Es sind dadurch aber auch Gleitlagerhalbschalen aus Werkstoffen herstellbar, die mit herkömmlichen Methoden aufgrund einer Werkstoffunverträglichkeit nur schwer herstellbar sind.

[0016] Zwischen der Gleitschicht und der Lagermetallschicht oder der Lagermetallschicht und der Stützschicht oder auf der Rückseite der Stützschicht kann zumindest eine weitere Schicht angeordnet sein, wobei in diesem Fall sämtliche Schichten der Gleitlagerhalbschale aus mehreren Segmenten bestehen, sodass sich bei dieser Ausführungsvariante also der Verbindungsbereich zwischen den einzelnen Segmenten von der Oberfläche der Gleitschicht bis auf die Rückseite der Stützschicht bzw. der daran angeordneten weiteren Schicht durchgehend erstreckt. Es ist damit möglich, dass die einzelnen Segmente der Gleitlagerhalbschale vor dem Zusammenfügen zur fertigen Gleitlagerhalbschale zur Gänze fertig gestellt werden und in einem abschliessenden Fertigungsschritt nur mehr die Verbindung der einzelnen Segmente bzw. gegebenenfalls eine Oberflächenbearbeitung durch Feinbohren etc., wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, erfolgen muss. Es wird damit möglich, die einzelnen Segmente bereits vorgefertigt auf Lager vorrätig zu halten bzw. dass das Gleitlager in relativ kurzer Zeit aus hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften unterschiedlichen, auf Lager vorrätig gehaltenen Segmenten zusammengesetzt werden kann, wodurch die Serienfertigung der Gleitlagerhalbschale vereinfacht werden kann.

[0017] Wie bereits erwähnt ist es eine bevorzugte Ausführungsvariante, wenn zumindest ein Segment der Stützschicht oder der Lagermetallschicht oder der Gleitschicht oder der zumindest einen weiteren Schicht aus einem Werkstoff besteht, der zu dem Werkstoff eines weiteren Segments derselben Schicht unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Es ist damit eine Eigenschaftskombination in einer Gleitlagerhalbschale erreichbar, die bisher bei bekannten Gleitlagerhalbschalen aus dem Stand der Technik nicht darstellbar sind.

[0018] Insbesondere ist diese unterschiedliche Eigenschaft die Härte und/oder die Eigenspannung der Segmente. Es ist damit möglich, die Gleitlagerhalbschale besser an hochbelastbare Verbrennungsmotoren neuerer Bauart mit hohen Drücken bzw. im Sonderlagerbereich an die besonderen Anforderungen der mechanischen Belastbarkeit der Gleitlagerhalbschale anzupassen. Andererseits ist es durch das unterschiedliche Eigenspannungsprofil der einzelnen Segmente möglich, die voranstehend genannte Aufspreizung bzw. den Lagerüberstand über einen längeren Zeitraum des Gleitlagers aufrecht zu erhalten, sodass Frettingprobleme im Bereich der Rückseite der Gleitlagerhalbschale besser vermieden werden können, sodass die Gleitlagerung eine längere Standzeit aufweist. Ebenfalls besser beherrscht werden können durch die Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften kavitationskritische Stellen des Lagers, insbesondere im Bereich mit Ölzuführungen, das heisst Ölbohrungen zur Zufuhr eines Schmieröls im Bereich der Lauffläche.

[0019] Bezüglich der Eigenspannung sei angemerkt, dass sich bedingt durch die Umformung eines ebenen Streifens zu einer Gleitlagerhalbschale am Lagerrücken eine Zugspannung und an der Innenseite des Gleitlagers eine Druckspannung aufbaut. Normalerweise gleichen sich diese Spannungen aus. Da jedoch die Gleitlagerhalbschale nach der Umformung noch weiter bearbeitet wird, beispielsweise durch Feinbohren der Gleitfläche, überwiegen im fertigen Gleitlager die Zugspannungen, wodurch dieses Gleitlager die Tendenz zeigt, sich weiter nach Innen umzuformen, also im Wesentlichen die Gefahr besteht, dass das Gleitlager «einfällt». Die Folge davon ist, dass der Sitz der Gleitlagerhalbschale in der Lageraufnahme verschlechtert wird. Mit erfindungsgemäss hergestellten Gleitlagerhalbschalen aus mehreren Segmenten kann dem wirkungsvoll entgegengewirkt werden, also das Eigenspannungsprofil der Gleitlagerhalbschale verbessert werden.

[0020] Zumindest ein Segment zumindest der Stützschicht oder der Lagermetallschicht oder der Gleitschicht oder der zumindest einen weiteren Schicht kann aus einem Werkstoff bestehen, der zu dem Werkstoff eines weiteren Segments derselben Schicht eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist, um damit die unterschiedlichen Anforderungen an die Gleitlagerhalbschale beherrschen zu können. Es kann damit das Gleitlager besser an die technischen Anforderungen im mittelgrossen bis grossen 2- und 4-Takt Verbrennungsmotor, deren Treiber vorrangig umweltbezogen geringere Emissionswerte und höhere Effizienz sind, wie z.B. höhere Zünddrücke, höhere Betriebstemperaturen, alternative Brenn- und Schmierstoffe und längere Wartungsintervalle, angepasst werden, was mit derzeitigen Gleitlagern aus dem Stand der Technik nicht erreichbar ist, da diese an ihre Grenzen der Leistungsfähigkeit stossen. Zum Unterschied zu alternativen Ansätzen um dieser Problematik gerecht zu werden, nämlich die verwendeten Legierungen zu optimieren, ist es bei der Erfindung von Vorteil, dass bekannte und bewährte Legierungen weiter eingesetzt werden können, allerdings spezifisch an den entsprechend belasteten Stellen im Lager. Mit den einfacher herstellbaren Lagersegmenten mit geringerer Grösse, im Vergleich zu einem Gleitlager mit durchgehenden Schichten, können übliche Stahlrückenzusammensetzungen weiter verwendet und zusammengebracht werden, wobei höherfeste Schalenstücke im Bereich der Trennbereiche zweier die Lagerung bildende Gleitlagerhalbschalen verwendet werden, wo im Einbauzustand die grössten Spannungen auftreten. Ebenso ist es damit möglich verformungstechnisch die Festigkeit steigernde Segmente mit Segmenten ohne diese Eigenschaft zu kombinieren.

[0021] In der bevorzugten Ausführungsvariante der Gleitlagerhalbschale sind die Segmente zumindest der Stützschicht in Umfangsrichtung der Halbschale nebeneinander angeordnet, um damit eine Verbesserung in Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften der Gleitlagerung bezüglich der unterschiedlichen Belastungen in unterschiedlichen Winkelbereichen der Gleitlagerhalbschale zu ermöglichen.

[0022] Die Segmente sind insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder durch eine Pressverbindung miteinander verbunden. Insbesondere ist hier die stoffschlüssige Verbindung bevorzugt, da diese verfahrenstechnisch einen geringeren Aufwand erfordert als die formschlüssige Verbindung bzw. auch als die Pressverbindung, wobei die beiden zuletzt genannten Verbindungsmethoden dann von Vorteil angewandt werden, wenn zu erwarten ist, dass durch den Wärmeeintrag mit der stoffschlüssigen Verbindung spröde Mischkristalle im Verbindungsbereich entstehen, die zu einem Versagen der Gleitlagerhalbschale im Verbindungsbereich führen können, sodass die Ermüdungsfestigkeit der gesamten Gleitlagerhalbschale wegen der von den spröden, intermetallischen Phasen ausgehenden Risse verringert werden.

[0023] Die Segmente können teilweise überlappen und stufenlos aneinandergrenzend angeordnet werden, sodass im Verbindungsbereich eine grössere Oberfläche zur Herstellung der Verbindung zur Verfügung gestellt werden kann. Darüber hinaus ist dabei von Vorteil, dass bei einer stoffschlüssigen Verbindung der einzelnen Segmente die Schweissnähte im Bereich der vorderen und der hinteren Oberfläche der Segmente in radialer Richtung der Gleitlagerhalbschale geringfügig versetzt zueinander angeordnet sind, sodass die stoffschlüssige Verfahrensweise weniger kritisch im Hinblick auf den Wärmeeintrag in die Stützschicht bzw. die Segmente im Verbindungsbereich ausgeführt werden kann.

[0024] Es ist auch möglich, dass der oder die Verbindungsbereiche in Umfangsrichtung der Halbschale geneigt verläuft oder verlaufen, sodass in Umfangsrichtung ein «gleitender» Übergang von einem zum nächsten Segment bereitgestellt werden kann, die eine Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit der Gleitlagerhalbschale bewirken kann.

[0025] Zur Anpassung an die unterschiedlichen mechanischen und tribologischen Anforderungen an die Gleitlagerhalbschale in unterschiedlichen Winkelbereichen der Halbschale besteht die Möglichkeit, dass zumindest zwei der Segmente der Halbschale eine unterschiedliche Anzahl an übereinander angeordneten Schichten aufweisen, beispielsweise um die Haftfestigkeit der Schichten in hoch belasteten Zonen weiter zu verbessern bzw. um in besonders tribologisch beanspruchten Bereichen der Gleitlagerhalbschale auf der Gleitschicht eine zusätzliche Einlaufschicht auszubilden.

[0026] Dabei ist jedoch von Vorteil, wenn eine Gesamtschichtdicke der Halbschale in radialer Richtung auch bei einer unterschiedlichen Anzahl aneinander angeordneten Schichten zumindest annährend konstant ist, da damit eine bessere Ausbildung der Schmierspaltgeometrie ermöglicht wird.

[0027] Es kann jedoch von Vorteil sein, wenn zumindest zwei der Segmente der Halbschale eine unterschiedliche Gesamtschichtdicke aufweisen, sodass eine Art «Rillenlager», wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, ausgebildet wird bzw. ist es damit auch möglich, je nach Anordnung der Segmente in der Gleitlagerhalbschale, also ob diese in Umfangsrichtung oder in radialer Richtung nebeneinander angeordnet sind, eine Verbesserung in Hinblick der Öl-führung zu erreichen, insbesondere wenn ein mittleres Segment der Gleitlagerhalbschale in Umfangsrichtung mit einer geringeren Schichtdicke ausgeführt ist, sodass eine Art Nut für die Ölführung entsteht.

[0028] Es ist weiters möglich, dass zumindest eines der Segmente der Stützschicht mehrere Segmente oder Abschnitte der Lagermetallschicht und/oder der Gleitschicht aufweist, wodurch zwar der Fertigungsaufwand der Gleitlagerhalbschale deutlich steigt, allerdings damit der Vorteil erreicht wird, dass sich der Eigenspannungsverlauf der Segmente der Stützschicht auf mehrere Segmente bzw. Abschnitte der Lagermetallschicht oder der Gleitschicht verteilt, sodass einerseits durch das vorhandene Eigenspannungsprofil eine Verbesserung im Hinblick auf die Antifrettingeigenschaften am Rücken der Stützschicht erreicht werden kann, andererseits auch eine verbesserte Tribologie des Gleitlagers zur Verfügung gestellt werden kann, da sich dieser Eigenspannungsverlauf damit nicht zur Gänze in ein einzelnes Segment der weiteren über der Stützschicht in Richtung auf das zu lagernde Bauteil angeordneten Schicht überträgt.

[0029] In der bevorzugten Ausführung ist der Verbindungsbereich zwischen zwei Segmenten aus dem Werkstoff der Segmente gebildet, sodass auf einen Zusatzwerkstoff für die stoffschlüssige Verbindung der Segmente verzichtet werden kann, wodurch eine bessere Kontinuität der Eigenschaften der einzelnen Segmente auch in den Verbindungsbereichen erreicht wird, wobei hiermit gemeint ist, dass sprunghafte Eigenschaftsänderungen in den Verbindungsbereichen damit besser vermieden werden können.

[0030] Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zumindest eine weitere Schicht vor der Verbindung der Segmente der Stützschicht miteinander aufgebracht wird. Es werden also die Segmente vor der Verbindung zur Gänze den Schichtaufbau betreffend fertig gestellt, wodurch sich zwar gegebenenfalls Probleme während des Verbindens der einzelnen Segmente durch Stoffschluss insofern ergeben könnten, indem durch den Wärmeeintrag übereinander liegende Schichten gleichzeitig schmelzflüssig vorliegen, sodass gegebenenfalls Mischphasen in radialer Richtung der Gleitlagerhalbschale ausgebildet werden könnten, wodurch gegebenenfalls der Verbindungsbereich geschwächt wird, allerdings damit der Vorteil erreicht wird, dass, wie bereits voranstehend erwähnt, in der Ausführung dieser Gleitlagerhalbschale als «Patchworklager» die Serienfertigung derartiger Gleitlagerhalbschalen vereinfacht werden kann, da je nach Bedarf bereits fertig hergestellte Segmente nur noch in unterschiedlichsten Kombinationen den Anforderungen an das Gleitlager entsprechend miteinander verbunden werden müssen.

[0031] Die Umformung der Segmente zur Gleitlagerhalbschale kann erst nach dem Aufbringen der zumindest einen weiteren Schicht durchgeführt werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die zumindest eine weitere Schicht auf eine ebene, das heisst auf eine flache, Stützschicht aufgebracht wird, wodurch die Beschichtung an sich vereinfacht werden kann, da beispielsweise keine komplexen Bewegungsmuster für die Beschichtung von Gleitlagerhalbschalen mittels Sputtertechnik oder PVD-Verfahren durchgeführt werden müssen, wodurch auch die Schichtqualität an sich verbessert werden kann. Es ist damit aber auch möglich, höhere Schichtdicken für die einzelnen Schichten auszubilden und damit insgesamt eine Gleitlagerhalbschale mit einer verlängerten Laufzeit zur Verfügung zu stellen. Zudem können bei flachen Substraten günstige Scher- oder Fräsverfahren zur dimensionellen Ausgestaltung der Lagerstreifen vor der Schalenformgebung eingesetzt werden. Es ist dabei weiters von Vorteil, dass bei ebenen Substraten eine bessere Wärmeführung möglich ist, wodurch Härteverluste in Bereichen der Schichten besser vermieden werden können.

[0032] Dabei kann von Vorteil sein, wenn die Verbindung der Segmente der Stützschicht vor der Umformung zur Gleitlagerhalbschale durchgeführt wird, da in diesem Fall die bei der Verformung initiierten Spannungen auch bis in den Verbindungsbereich reichen, wodurch das Eigenschaftsprofil keine bzw. weniger, sprunghafte Übergänge von Eigenschaften zwischen den Segmenten aufweisen.

[0033] Bevorzugt wird die Verbindung der Segmente der Stützschicht mittels Laserschweissen durchgeführt, da mit diesem Verfahren der Wärmeeintrag in die zu verbindenden Segmente auf kleine, das heisst schmale, Bereiche in Umfangsrichtung der Gleitlagerhalbschale betrachtet, beschränkt werden kann, wodurch insbesondere ein kontinuierlicher Verlauf der Eigenschaften in Umfangsrichtung erreicht werden kann. Durch die Verringerung der Wärmeeinwirkung ist es möglich, dass z.B. kaltverfestigte, walzplattierte Aluminiumlegierungen in den Verbindungsbereichen nicht an Härte verlieren. Dies ist insbesondere auch von Vorteil, wenn dickwandige Gleitlagerhalbschalen hergestellt werden. Zudem können aber auch stark unterschiedliche herstellungsbedingte Restspannungszustände, die z.B. aus dem Giessverfahren oder dem Walzplattieren mit der zumindest einen weiteren Schicht im Zusammenspiel mit den Lagersegmenten resultieren können, und die zu nicht tolerierbaren Toleranzen führen, besser beherrscht werden. Damit sind in der Folge auch unerwünschte starke Veränderungen in der Aufspreizung um beim Überstand besser vermeidbar, wodurch das Gleitlager weniger anfällig gegen Versagen ist. Der Einsatz von thermischen Vorbehandlungen um diese Restspannungszustände abzubauen, wie es im Stand der Technik üblich ist, ist nicht zielführend, da damit ein Härteverlust insbesondere der Lagermetalle einhergeht.

[0034] Dabei ist es von Vorteil, wenn eine Strahlintensität des Laserstrahls von mindestens 2 MW/cm<2>, insbesondere mindestens 3 MW/cm<2>, verwendet wird, da damit eine Energieeintragung bis in tiefe Schichten der einzelnen Segmente möglich ist, wodurch die Verbindungsqualität, d.h. die Qualität der Schweissung, insbesondere in Bezug auf die Gleichmässigkeit der Festigkeit, gesteigert werden kann.

[0035] Wie bereits voranstehend erwähnt, werden die Segmente bevorzugt ohne Zusatzwerkstoff miteinander verschweisst.

[0036] Es kann auch von Vorteil sein, wenn die Segmente sowohl von der Rückseite als auch von der Vorderseite - in radialer Richtung der Gleitlagerhalbschale betrachtet - miteinander verschweisst werden, da damit kürzerer Bearbeitungszeiten erreicht werden können, insbesondere damit auch vermieden werden kann, dass in äusseren Randbereichen aufgrund des Energieeintrages über einen längeren Zeitraum unerwünschte Mischphasen entstehen. Durch die Verschweissung von beiden Seiten kann nämlich die Schweissdauer insofern verkürzt werden, als die Zeitdauer bis zur Erreichung der Kernzone der Segmente, das heisst des Mittenbereichs - in radialer Richtung betrachtet - verkürzt werden kann.

[0037] Wie voranstehend bereits ausgeführt, ist es aus den oben genannten Gründen von Vorteil, wenn für zumindest zwei Segmente der Stützschicht Metalle oder Metalllegierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden bzw. gemäss einer weiteren Ausführungsvariante unterschiedliche Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden.

[0038] Es ist mit der Erfindung weiters möglich, dass zumindest zwei der Segmente der zumindest einen weiteren Schicht mit unterschiedlichen Beschichtungsverfahren hergestellt werden, sodass also beispielsweise Gleitlager zur Verfügung gestellt werden können, die Segmente aufweisen, die mittels Sputter- oder PVD-Techniken beschichtet worden sind und Segmente die walzplattiert worden sind, sodass, nachdem aus dem Stand der Technik bekannt ist, dass mittels PVD bzw. Sputter-Verfahren qualitativ sehr hochwertige Schichten für Lagermetalle bzw. für Gleitschichten zur Verfügung gestellt werden können, insbesondere hochfeste Schichten, diese Schichten in hoch belasteten Zonen der Gleitlagerhalbschale angeordnet werden können.

[0039] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0040] Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: <tb>Fig. 1<sep>eine Gleitlagerhalbschale mit segmentierter Stützschicht in Seitenansicht; <tb>Fig. 2<sep>eine Ausführungsvariante einer Gleitlagerhalbschale bei der sämtliche Schichten segmentiert sind, in Seitenansicht; <tb>Fig. 3<sep>eine andere Ausführungsvariante einer Gleitlagerhalbschale mit in radialer Richtung angeordneten Segmenten in Draufsicht; <tb>Fig. 4<sep>eine Ausführungsvariante des Verbindungsbereiches zwischen zwei Segmenten in Seitenansicht; <tb>Fig. 5<sep>eine weitere Ausführungsvariante einer Gleitlagerhalbschale mit unterschiedlicher Anzahl an Schichten in den Segmenten in Seitenansicht; <tb>Fig. 6<sep>eine Ausführungsvariante einer Gleitlagerhalbschale mit unterschiedlichen Schichtdicken der Segmente in Stirnansicht; <tb>Fig. 7<sep>einen Ausschnitt aus einem beschichteten, ebenen Substrat aus mehreren Segmenten vor der Umformung zur Gleitlagerhalbschale in Seitenansicht; <tb>Fig. 8<sep>eine Gleitlagerhalbschale in Draufsicht mit in axialer Richtung verlaufenden Verbindungsbereichen zwischen den Segmenten; <tb>Fig. 9<sep>eine Gleitlagerhalbschale in Draufsicht mit schräg zur axialen Richtung verlaufenden Verbindungsbereichen zwischen den Segmenten.

[0041] 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, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige Lösungen darstellen.

[0042] Fig. 1 zeigt ein Gleitlager 1 in Form einer Halbschale 2 bestehend aus einer Stützschicht 3 und einer Gleitschicht 4, oft auch als Laufschicht bezeichnet. Die Stützschicht 3 besteht bei dieser Ausführungsvariante des Gleitlagers 1 aus drei getrennt voneinander hergestellten Segmenten 5, die unter Ausbildung jeweils eines Verbindungsbereiches 6 miteinander verbunden sind. Die Gleitschicht 4 erstreckt hingegen bei dieser Ausführungsvariante durchgehend auf einer inneren Oberfläche 7 der Stützschicht 3 und ist mit dieser verbunden.

[0043] Die Halbschale 2 umschliesst einen Winkelbereich von zumindest 180°. Mit dem Ausdruck «zumindest annährend 180°» ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass derartige Halbschalen 2 auch einen geringfügig kleineren Winkelbereich, beispielsweise einen um maximal 5° kleineren Winkelbereich als 180° aufweisen können, da derartige Halbschalen 2 in die Lagerstelle und Ausbildung des Winkelbereichs von 180° eingepasst werden und dabei unter Ausbildung einer Spannung in der Lagerstelle, das heisst der Lageraufnahme, gehalten werden, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Demzufolge kann also die Halbschale 2 eine Aufspreizung aufweisen, um die genügend hohe Spannung bzw. den Anpressdruck, die bzw. der durch den Einpressvorgang aufgebaut wird, zu erreichen. Letzteres kann aber auch damit erreicht werden, dass die Halbschale 2 einen so genannten Lagerüberstand aufweist, also eine Länge in Umfangsrichtung aufweist, die grösser ist als die Länge der entsprechenden Lageraufnahme in der selben Richtung, beispielsweise um einen Wert grösser ist, der sich nach der Formel (Durchmesser des Lagers + Durchmesser des Lagers/F) errechnet, wobei F ein Faktor ist, der den Wert 1000, insbesondere 800, vorzugsweise 650, aufweist.

[0044] Obwohl in Fig. 1 lediglich drei Segmente 5 dargestellt sind, besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass auch mehr als drei Segmente 5, beispielsweise vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, etc. Segmente 5 für die Stützschicht 3 verwendet werden und ist dementsprechend auch eine höhere Anzahl an Verbindungsbereichen 6 zwischen den einzelnen Segmenten 5 der Stützschicht 3 möglich. Daneben besteht aber auch die Möglichkeit, dass lediglich zwei Segmente 5 zur Herstellung der Stützschicht 3 verwendet werden.

[0045] Hergestellt kann dieses Gleitlager 1, das heisst die Halbschale 2, dadurch werden, dass die einzelnen Segmente 5 miteinander verbunden werden. Die Verbindung zwischen den Segmenten 5 kann formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder über eine Pressverbindung erfolgen. Des Weiteren ist es möglich, dass die Verbindung der einzelnen Segmente 5 nach deren Umformung, das heisst der Umformung aus einem ebenen Materialstreifen in das jeweilige Segment 5 mit dem entsprechenden Krümmungsradius der Gleitlagerhalbschale, verbunden werden oder dass die einzelnen Segmente vor der Umformung miteinander verbunden werden und aus der gesamte Verbund in weiterer Folge über einen Pressvorgang in die Halbschale 2 umgeformt wird.

[0046] Die Gleitschicht 4 wird bei dieser Ausführungsvariante auf die bereits vorgeformte, halbschalenförmige Stützschicht 3 nach dem Verbinden der Segmente 5 miteinander aufgetragen, beispielsweise nach einem aus dem Stand der Technik zur Herstellung von Gleitlagerhalbschalen bekannten Verfahren, beispielsweise galvanisch, durch Walzplattieren, mittels PVD-Verfahren, wie zum Beispiel Sputtertechniken, oder mittels CVD-Verfahren. Da diese Verfahren wie erwähnt, zum Stand der Technik gehören, sei zur Vermeidung von Wiederholungen der Fachmann an die einschlägige Literatur verwiesen.

[0047] Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsvariante des Gleitlagers 1 in Form der Halbschale 2. Wie bei der Ausführungsvariante nach Fig. 1 ist auch bei dieser Ausführungsvariante die Stützschicht 3 durch mehrere Segmente 5 gebildet, wobei in der Darstellung nach Fig. 2die Stützschicht 3 wiederum durch drei Segmente 5 gebildet wird, aber auch bei dieser Ausführungsvariante gilt, dass weniger oder mehr als drei miteinander verbundene Segmente 5 für die Stützschicht 3 eingesetzt werden können. Auf der Stützschicht 3 ist die Gleitschicht 4 verbunden mit der Stützschicht 3 angeordnet. Zum Unterschied zu der Ausführungsvariante nach Fig. 1ist bei dieser Ausführungsvariante des Gleitlagers 1 auch die Gleitschicht 4 durch Segmente 9 gebildet. Der Verbindungsbereich 6 zwischen den Segmenten 5 der Stützschicht 3 liegt dabei unterhalb eines weiteren Verbindungsbereichs 10 zwischen jeweils zwei Segmenten 9 der Gleitschicht 4. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Verbindungsbereiche 6, 10 in einer Umfangsrichtung 11 versetzt zueinander ausgebildet sind. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Gleitschicht 4 aus einer zu der Anzahl der Segmente 5 der Stützschicht 3 unterschiedlichen Anzahl an Segmenten 9 besteht, beispielsweise das Gleitlager 1 bei drei Segmenten 5 der Stützschicht 3 lediglich 2 Segmente 9 oder vier oder fünf oder sechs, etc. Segmente 9 der Gleitschicht 4 umfasst.

[0048] Strichliert ist angedeutet, dass auf der Gleitschicht 4 eine zusätzliche Schicht 12 angeordnet sein kann. Diese zusätzliche Schicht 12 kann beispielsweise als Einlaufschicht ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass diese zusätzliche Schicht 12 durch die Gleitschicht 4 gebildet wird, wobei in diesem Fall die in Fig. 2mit dem Bezugszeichen 4 versehene Gleitschicht als so genannte Lagermetallschicht ausgebildet sein kann. Ebenso besteht die Möglichkeit - anstelle der Lagermetallschicht - dass diese mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Gleitschicht in Fig. 2 eine Bindeschicht ist und somit ein Schichtaufbau Stützschicht 3 - Bindeschicht - Gleitschicht 4 vorhanden ist.

[0049] Ebenfalls strichliert ist in Fig. 2angedeutet, dass auf einem Rücken 13 der Stützschicht 3, das heisst einer rückwärtigen Oberfläche, die der inneren Oberfläche 7 gegenüberliegt, eine Antifrettingschicht 4 angeordnet sein kann zur Vermeidung von Frettingerscheinungen bzw. Frettingproblemen an der Rückseite der Stützschicht 3.

[0050] Generell sei angemerkt, dass die in den Fig. 1 und 2gezeigten Schichtaufbauten für die Erfindung nicht limitierend sind. Es können je nach Bedarf weitere Schichten, wie Bindeschichten oder Diffusionssperrschichten, zwischen den einzelnen dargestellten Schichten angeordnet sein, also beispielsweise eine Bindeschicht zwischen der Gleitschicht 4 und der Stützschicht 3 oder eine Bindeschicht zwischen der Stützschicht 3 und der Antifrettingschicht 14 oder eine Diffusionssperrschicht zwischen der Gleitschicht 4 und der Lagermetallschicht oder eine Diffusionssperrschicht zwischen der Lagermetallschicht und der Stützschicht 3 etc. Prinzipiell sind derartige Gleitlagerdesigns aus dem Stand der Technik bekannt, sodass hierauf verwiesen sein.

[0051] Wie in Fig. 2 ebenfalls strichliert dargestellt, besteht die Möglichkeit bzw. ist es die bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung, dass sämtliche Schichten aus einzelnen Segmenten 5, 9 zusammengesetzt werden, zwischen denen jeweils ein Verbindungsbereich 6, 10 ausgebildet ist. Insbesondere können dabei diese Verbindungsbereiche 6, 10 in radialer Richtung der Halbschale 2 übereinander liegend angeordnet sein, sodass sich also die Halbschale aus mehreren Segmenten 5, 9 zusammensetzten lässt, wobei diese Segmente 5, 9 vorgefertigt werden können. Es besteht jedoch die Möglichkeit, wie dies bereits erwähnt wurde, dass die Verbindungsbereiche 6, 10 zwischen den einzelnen Segmenten 5, 9 von zumindest zwei in radialer Richtung übereinander angeordneter Schichten in Umfangsrichtung 11 gegeneinander versetzt angeordnet werden.

[0052] Bezüglich der Herstellung dieser Halbschale 1 sei auf voranstehende Ausführungen verwiesen, insbesondere besteht die Möglichkeit die einzelnen Segmente 5, 9 stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder über eine Pressverbindung miteinander zu verbinden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Umformung der Segmente 5 vor oder nach der Abscheidung der weiters darauf sich befindenden Schichten, wie zum Beispiel der Gleitschicht 4 oder der Lagermetallschicht und der Gleitschicht 4 oder eines andersartigen voranstehend beschriebenen Schichtverbundes durchgeführt wird bzw. besteht auch die Möglichkeit, dass, wenn ebene Substrate beschichtet werden, diese Substrate nach der Beschichtung und vor der Umformung zur Halbschale 2 miteinander verbunden werden.

[0053] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass die Stützschicht 3 und die fallweise vorhandene Lagermetallschicht aus einzelnen Segmenten 5 bestehen und die Gleitschicht 4 auf diesen Schichtverbund, wie bei der Ausführungsvariante nach Fig. 1, nach der Umformung des Halbfertigfabrikates zur Halbschale 2 abgeschieden wird, sodass sich also die Gleitschicht 4 in diesem Fall durchgehend über die innere Oberfläche der Segmente der Lagermetallschicht erstreckt.

[0054] Bei den Ausführungsvarianten nach den Fig. 1und 2sind die einzelnen Segmente 5, 9 der einzelnen Schichten in der Umfangsrichtung 11 nebeneinander liegend miteinander verbunden angeordnet. Diese Ausführungsvarianten der Anordnung der Segmente 5, 9 stellt die bevorzugte im Rahmen der Erfindung dar.

[0055] Wie Fig. 3 zeigt besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Segmente 5, 9 in einer axialen Richtung 15 nebeneinander liegend angeordnet werden, wobei sich diese Segmente 5, 9 in Umfangsrichtung 11 durchgehend erstrecken.

[0056] Es besteht weiters die Möglichkeit, dass bei der Ausführungsvariante nach Fig. 3die einzelnen Segmente 5, 9 auch in Umfangrichtung 11 aus mehreren Segmenten 5, 9 zusammengesetzt werden, somit also eine Kombinationsvariante zwischen den Ausführungsvarianten der Fig. 1 oder 2 mit jener Ausführungsvariante nach Fig. 3möglich ist.

[0057] Hinsichtlich der einzelnen anordenbaren Schichten im Gleitlager 1 bei der Ausführungsvariante nach Fig. 3 sei auf voranstehende Ausführungen verwiesen.

[0058] Zur Verbindung der einzelnen Segmente 5, 9 können diese stumpf aneinander stossend, gegebenenfalls beabstandet zueinander, angeordnet werden, wobei im Falle der Beabstandung der einzelnen Segmenten 5, 9 dieser Verbindungsbereich 6, 10 mit einem Zusatzwerkstoff, wie dies beim Schweissen üblich ist, ausgefüllt wird. Gegebenenfalls können die einzelnen Segmente 5, 9 im Verbindungsbereich 6, 10 abgeschrägt sein, um damit eine Schweissnut, beispielsweise mit V-förmigen Querschnitt, auszubilden. Andererseits besteht die Möglichkeit, wie dies Fig. 4 zeigt, dass die Segmente 5 der Stützschicht 3 bzw. generell die Segmente 5, 9 der einzelnen Schichten des Gleitlagers 1 teilweise überlappend im Verbindungsbereich 6 angeordnet werden und so miteinander verbunden werden, wobei in diesem Falle die einzelnen Segmente 5 bzw. die weiteren Segmente 9 des Gleitlagers 1 im Bereich der aufeinander zugewandten Stirnflächen 16, 17 nebeneinander angeordneter Segmente 5 stufenförmig ausgebildet sind, wobei jeweils ein Segment im Bereich der inneren Oberfläche 7 und ein Segment der beiden miteinander zu verbindenden Segmente 5 im Bereich des Rückens 13 gegengleich abgestuft sind, sodass die beiden Segmente 5 übereinander liegend angeordnet werden können, wie dies Fig. 4 zeigt. In der bevorzugten Ausführungsvariante dieser Verbindungsform sind die Dimensionen der Abstufung so gewählt, dass die Segmente stufenlos im Bereich der inneren Oberfläche 7 bzw. des Rückens 13 ineinander übergehend nebeneinander angeordnet sind, also keine Stufe zwischen den Segmenten 5, 9 an den Oberflächen ausgebildet wird.

[0059] In Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante des Gleitlagers 1 dargestellt, bei der die Segmente 5 der Stützschicht 3 Träger einer unterschiedlichen Anzahl an weiteren Schichten sind. Auf jedem der Segmente 5 der Stützschicht 3 sind eine Lagermetallschicht 18 und die Gleitschicht 4 angeordnet. Die beiden äusseren Segmente 5 der Stützschicht 3 weisen an der Lauffläche 19 jeweils eine zusätzliche Schicht auf, die in dem Fall als Einlaufschicht 20 bzw. Verschleissschicht ausgebildet ist. Die Verbindungsbereiche 6 bzw. 10 sind dabei wiederum in radialer Richtung übereinander liegend angeordnet, sodass also das Gleitlager 1, wie bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2, aus drei voneinander getrennt hergestellten Gesamtsegmenten besteht. Unter einem Gesamtsegment wird dabei ein kompletter Schichtaufbau eines der Segmente der Gleitlagerhalbschale verstanden.

[0060] Diese Einlaufschicht 20 bzw. Verschleissschicht erstreckt sich dabei von Gleitlagerstirnflächen 21, 22 bis zu einem Mittenbereich 23 der selbst frei von dieser Einlaufschicht 20 ist. Die Anordnung dieser zusätzlichen Einlaufschicht 20 bzw. Verschleissschicht in den seitlichen Bereichen des Gleitlagers 1 hat den Vorteil, da in zumindest einem dieser Bereiche mit der Einlaufschicht 20 der Schmutzeintrag mit dem Schmieröl am grössten ist, dass über diese zusätzliche Einlaufschicht 20 eine bessere Anpassungsfähigkeit des Gleitlagers 1 erreicht wird.

[0061] Selbstverständlich können die Gesamtsegmente auch einen anderen Schichtaufbau aufweisen, wie dies bereits voranstehend dargelegt wurde, insbesondere anstelle der Einlaufschicht 20 auch einen andere Schicht angeordnet sein kann, wobei auch in diesem Fall die einzelnen Gesamtsegmente, das heisst zumindest zwei Gesamtsegmente sämtlicher Gesamtsegmente, eine unterschiedliche Anzahl an Einzelschichten aufweisen. Es besteht weiters die Möglichkeit, dass keines der Gesamtsegmente eine gleiche Anzahl an übereinander angeordneten Schichten aufweist.

[0062] Eine Gesamtschichtdicke 24 ist bei dieser Ausführungsvariante wiederum konstant über die gesamte Halbschale 2, sodass in jenen Gesamtsegmenten, die eine höhere Anzahl an Einzelschichten aufweisen, zumindest eine der Schichten im Vergleich zu derselben Schicht im Mittelbereich 23 der Gleitlagerhalbschale eine verringerte Schichtdicke aufweist.

[0063] Der Winkelbereich beginnend bei den Stirnflächen 21, 22 in dem die Einlaufschicht 20 bzw. eine zusätzliche, radial innerste Schicht angeordnet ist, die auch eine höhere Festigkeit aufweisen kann, als die radial innerste Schicht im Mittenbereich 23, kann über einen Bereich bis 45 °, insbesondere bis 30 °, beginnend bei der jeweiligen Stirnfläche 21, 22 reichen. Es ist dabei auch möglich, dass in einem der beiden äusseren Bereiche des Gleitlagers 1 eine zusätzliche Schicht angeordnet wird, wobei es in diesem Fall von Vorteil ist, wenn die Einbaulage der Halbschale 2 bereits vor deren Herstellung bekannt ist.

[0064] Generell ist es bei sämtlichen Ausführungsvarianten der Erfindung möglich, im Scheitelbereich der Gleitlagerhalbschale in einem Winkelbereich von ± 25 °, insbesondere ± 15 °, gemessen ab dem Scheitel der Halbschale 2, ein Segment 5 anzuordnen, das im Vergleich zu den anderen Segmenten 5 eine höhere Festigkeit aufweist, insbesondere eine höher feste Gleitschicht 4 und/oder eine höher feste Stützschicht 3. Es kann damit den höheren Belastungen durch den Zünddruck besser nachgekommen werden.

[0065] Zum Unterschied dazu zeigt Fig. 6eine Ausführungsvariante der Erfindung mit über den Verlauf des Gleitlagers 1 in axialer Richtung 15 unterschiedlicher Gesamtschichtdicke 24, wobei der Einfachheit halber lediglich zwei Schichten, das heisst die Stützschicht 3 und die Gleitschicht 4, dargestellt werden, jedoch auch bei dieser Ausführungsvariante selbstverständlich mehr als zwei Einzelschichten angeordnet werden können. Die Segmente 5 bzw. 9 der Stützschicht 3 bzw. Gleitschicht 4 sind dabei wiederum in axialer Richtung 14 nebeneinander liegend angeordnet, wie dies auch bei der Ausführungsvariante nach Fig. 3 dargestellt ist. Ebenso liegen die Verbindungsbereiche 6 bzw. 10 zwischen den Segmenten 5 bzw. 9 demzufolge in radialer Richtung hintereinander.

[0066] Die Stützschicht 3 ist bei dieser Ausführungsvariante mit einer gleichen Schichtdicke über den gesamten Verlauf in radialer Richtung 15 ausgebildet. Zum Unterschied dazu weist die Gleitschicht 4 in axialer Richtung 15 unterschiedlich dicke Bereiche auf, nämlich zwei dickere, das heisst mit einer höheren Schichtdicke ausgeführte, Randbereiche 25, 26 und einen Mittenbereich 27 mit einer im Vergleich dazu geringeren Schichtdicke. Insbesondere kann dadurch der Kantenbelastung des Gleitlagers 1 besser gerecht werden, wie dies auch erreicht werden kann, wenn in den Randbereichen 25, 26 im Vergleich zum Mittenbereich höherfeste Werkstoffe zumindest in der radial innersten Schicht angeordnet werden.

[0067] Es ist jedoch auch möglich, dass die Gleitschicht 4 mit einer gleich bleibenden Schichtdicke in axialer Richtung 15 ausgebildet ist und dafür die Stützschicht 3 im Bereich des Rückens 13 einen derartigen Schichtdickenverlauf mit höheren Schichtdicken in den Randbereichen 25, 26 in geringerer Schichtdicke im Mittenbereich 27 aufweist.

[0068] Daneben besteht auch bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung die Möglichkeit, dass die einzelnen Bereiche, das heisst der Randbereich 25 bzw. 26 oder der Mittenbereich 27 eine unterschiedliche Anzahl an einzelnen Schichten aufweisen, das heisst die Segmente 5, 9 dementsprechend eine unterschiedliche Anzahl von Schichten aufweisen.

[0069] Es ist weiters möglich, dass zumindest eines der Segmente 5 der Stützschicht 3 mehrere Segmente oder Abschnitte der Lagermetallschicht 18 und/oder der Gleitschicht 4 aufweisen, sodass die Anzahl der Segmente innerhalb einer Schicht vom Rücken 13 in Richtung auf die Lauffläche 19 zumindest zwischen zwei übereinander angeordneten Schichten zunimmt. Durch diese Ausgestaltung ist eine feinere Abstimmung der jeweiligen gewünschten, mechanischen und tribologischen Eigenschaften des Gleitlagers 1 auf die jeweiligen Einsatzbedingungen möglich.

[0070] In Fig. 7 ist ein Halbfertigfabrikat 28 zur Herstellung der Halbschale 2 des Gleitlagers 1 (Zuordnung der Bezugszeichen: Fig. 1) dargestellt. Dieses Halbfertigfabrikat befindet sich noch im ebenen Zustand, das heisst vor der Umformung zur Halbschale 2. Das Halbfertigfabrikat 28 weist die Stützschicht 3 mit zwei nebeneinander angeordneten Segmenten 5 und die Gleitschicht 4 mit zwei über den Segmenten 5 angeordneten Segmenten 9 auf. Die einzelnen Segmente 5, 9 sind wie im Beispiel in Fig. 1dargestellt, in Umfangsrichtung 11 (Fig. 1) des Gleitlagers 1 angeordnet. Im Verbindungsbereich 6 zwischen den Segmenten 5 der Stützschicht 3 ist in radialer Richtung oberhalb, das heisst in Richtung auf die Lauffläche 19 eine V-förmige Nut 29 angeordnet, das heisst, dass die Gleitschicht 4 bzw. deren Segmente 9 nicht nur im Bereich von in axialer Richtung 15 einander gegenüberliegender äusseren Stirnflächen 30, 31 einen abgeschrägten Kantenbereich aufweisen, sondern auch Abschrägungen 32, 33 zwischen den Segmenten 9 der Gleitschicht 4 ausgebildet sind. Es wird damit die spätere Umformung zur Halbschale 2 vereinfacht unter Reduzierung der damit verursachten Spannungen in der Gleitschicht 4. Sofern erforderlich kann dieser Bereich zwischen den Segmenten 9 der Gleitschicht 4 nach der Umformung auch stoffschlüssig verbunden werden, unter Ausbildung des Verbindungsbereichs 10, wie er zum Beispiel für die Ausführungsvariante nach Fig. 2beschrieben wurde.

[0071] Selbstverständlich kann diese Nut 29 auch einen anderen Querschnitt aufweisen, der eine Vereinfachung der Umformung erlaubt. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass sich diese Nut 29 über die gesamte Schichtdicke der Gleitschicht 4 bis zur Oberfläche 7 der Stützschicht 3 erstreckt, sondern kann diese Nut 29 eine Tiefe aufweisen die geringer ist als die Schichtdicke der Gleitschicht 4, das heisst deren Segmente 9.

[0072] Prinzipiell besteht bei einem mehr als zweischichtigen Aufbau des Gleitlagers 1 die Möglichkeit, dass mehr als eine Schicht mit derartige Nuten versehen sein kann, wobei deren Abschrägung der Seitenwände auch dem Radius der jeweiligen Schicht angepasst unterschiedlich sein kann.

[0073] Die Fig. 8 und 9 zeigen jeweils eine Draufsicht auf die Segmente 5 der Stützschicht 3. Sämtliche weiteren möglicherweise angeordneten Schichten wurden zur besseren Darstellbarkeit entfernt.

[0074] Die bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, mit in axialer Richtung 15 ausgerichteten Verbindungsbereichen 6 zwischen den Segmenten 5.

[0075] Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, wie dies in der Fig. 9 dargestellt ist, dass der Verbindungsbereich 6 zwischen zwei Segmenten geneigt gegen die axiale Richtung 15 verläuft. Insbesondere ist dabei aus voranstehend genannten Gründen ein Neigungswinkel 34, den der Verbindungsbereich 6 mit der axialen Richtung 15 einnimmt, ausgewählt aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 2 ° und einer oberen Grenze von 30 °. Es ist jedoch auch möglich, diesen Neigungswinkel aus einem Bereich auszuwählen mit einer unteren Grenze von 7 ° und einer oberen Grenze von 25 °.

[0076] Prinzipiell können die einzelnen Schichten des Gleitlagers 1 aus Werkstoffen bestehen, die für die jeweiligen Schichten des Gleitlagers 1 aus dem Stand der Technik bekannt sind bzw. aus Werkstoffen die für Gleitlager 1 verwendbar sind. Das Gleitlager 1 besteht zumindest grossteils aus Metallen oder Metalllegierungen. Mit «zumindest grossteils» ist gemeint, dass die radial innerste Schicht des Gleitlagers 1 auch durch einen Gleitlack gebildet sein kann, also jene Schicht die dem zu lagernden Bauteil gegenüberliegend ist. Gegebenenfalls kann diese Gleitlackschicht auch aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein. Insbesondere bei Abscheiden einer Gleitlackschicht auf dem Gleitlager 1 als radial innerste Schicht der Halbschale 2 wird diese nach der Umformung des Halbfertigfabrikates, beispielsweise des Halbfertigfabrikates 28 zur Halbschale 2 aufgebracht, sodass diese Gleitlackschicht durchgehend ohne Segmentausbildung im Gleitlager 1 angeordnet ist. Begründet ist dies damit, dass bekanntlich Gleitlackschichten durch einfaches Aufsprühen des Gleitlackes und nachträgliches polymerisieren der polymerisierbaren Bestandteile des Gleitlackes hergestellt werden können. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass die Gleitlackschicht auch in Form von Segmenten in dem Gleitlager 1 angeordnet sind.

[0077] Die Stützschicht 3 bzw. zumindest einzelne der Segmente 5 der Stützschicht 3 können vorzugsweise aus Stahl oder einem Werkstoff bestehen, wie sie für diesen Anwendungszweck dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise Messing. Andere Werkstoffe die den Presssitzanforderungen entsprechen können ebenfalls verwendet werden.

[0078] Für die bzw. zumindest einzelne der Segmente der Lagermetallschicht 18 können beispielsweise folgende Legierungen verwendet werden:

[0079] Lagermetalle auf Aluminiumbasis (zum Teil nach DIN ISO 4381 bzw. 4383): AISn6CuNi, AIZn5SiCuPBMg, AISn20Cu, AISi4Cd, AICd3CuNi, AISi11Cu, AISn6Cu, AISn40, AISn25CuMn, AISH1 CuMgNi, AIZn4SiPb; Lagermetalle auf Kupferbasis (zum Teil nach DIN ISO 4383): CuPb10Sn10, CuSn10, CuPb15Sn7, CuPb20Sn4, CuPb22Sn2, CuPb24Sn4, CuPb24Sn, CuSn8P, CuPb5Sn5Zn, CuSn7Pb7Zn3, CuPb10Sn10, CuPb30; Lagermetalle auf Bleibasis: PbSb10Sn6, PbSb15Sn10, PbSb15SnAs, PbSb14Sn9CuAs, PbSn10Cu2, PbSn18Cu2, PbSn10TiO2, PbSn9Cd, PbSn10; Lagermetalle auf Zinnbasis: SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Pb.

[0080] Selbstverständlich können auch andere als die genannten Lagermetalle auf Aluminium-, Kupfer-, Blei- oder Zinnbasis, insbesondere sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Lagermetalle, verwendet werden.

[0081] Vorzugsweise werden jedoch bleifreie Lagermetalle verwendet.

[0082] Für die bzw. zumindest einzelne der Segmente der Haftmittelschicht(en) können z.B. Schichten aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, wie z.B. AISc3, oder aus, Mn, Ni; Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd und deren Legierungen sowie NiSn- bzw. CuSn-Legierungen, etc., verwendet werden, wobei auch hier wiederum sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Werkstoffe zur Verbesserung der Haftung verwendet werden können.

[0083] Für die bzw. zumindest einzelne der Segmente der Diffusionssperrschicht(en) können ebenfalls Aluminium bzw. Aluminiumlegierungsschichten oder Nickelschichten, oder Schichten aus Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd und deren Legierungen, etc. verwendet werden.

[0084] Für die bzw. zumindest einzelne der Segmente 9 der Gleitschicht 4 können Aluminiumbasislegierungen, wie z.B. AISn20Cu, AISn40Cu, AIBi15Mo2, AIBi11Cu0,5Ni0,5, AIBi25Cu, Zinnbasislegierungen, wie z.B. SnSb15Cu5, SnSb4Cu1, Kupferbasislegierungen, wie z.B. CuBi20, Bismutbasislegierungen, Silberbasislegierungen, Bi, Ag, Sn, Weissmetalllegierungen, Legierungen von Nickel, etc. verwendet werden. Es sei angemerkt, dass diese Aufzählung nur beispielhaften Charakter hat, da für die Gleitschicht 4 der Segmente 9 prinzipiell sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Werkstoffe verwendet werden können.

[0085] Prinzipiell können die einzelnen Segmente, also beispielsweise die Segmente 5 bzw. 9, innerhalb einer Schicht aus demselben Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise um damit grössere Lagerbreiten für Gleitlager 1 zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung bestehen allerdings die Segmente innerhalb einer Schicht des Gleitlagers 1 aus zueinander unterschiedlichen Werkstoffen, das heisst, dass sich zumindest zwei Segmente hinsichtlich der Werkstoffe unterscheiden. Es ist aber auch möglich, dass für alle Segmente dieselben Werkstoffe verwendet werden, allerdings die Werkstoffe von zumindest zwei der Segmente innerhalb einer Schicht unterschiedliche Eigenschaften zueinander aufweisen, insbesondere eine unterschiedliche Härte oder einen unterschiedlichen Eigenspannungsverlauf. Dies kann erreicht werden, indem die Werkstoffe unterschiedlichen Vorbehandlungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ausgesetzt werden, sodass trotz der gleichen Zusammensetzung diese Werkstoffe, das heisst die Segmente ein unterschiedliches Eigenschaftsprofil aufweisen. Insbesondere können also neben der Stützschicht 3, das heisst den Segmenten 5 der Stützschicht 3, die Segmente 9 der Gleitschicht 4 und/oder die Segmente der Lagermetallschicht 18 oder die Segmente der zumindest einen weiteren Schicht aus einem Werkstoff bestehen, der zu dem Werkstoff eines weiteren Segments derselben Schicht unterschiedliche Eigenschaften aufweist.

[0086] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung Ausbildungen möglich sind, die neben der Stützschicht 3 lediglich die Gleitschicht 4 aufweisen oder neben der Stützschicht 3 lediglich die Lagermetallschicht 18.

[0087] Wie bereits erwähnt, bestehen die einzelnen Segmente der einzelnen Schichten des Gleitlagers 1 aus Metallen oder Metalllegierungen, also mit Ausnahme der vorhin erwähnten Gleitlackschicht, nicht aus Kunststoffen. Des Weiteren bestehen diese Schichten vorzugsweise nicht aus einem Sinterwerkstoff.

[0088] Bei Verwendung von Metalllegierungen innerhalb einer Schicht können die Segmente dieser Schicht aus unterschiedlichen Metalllegierungen gefertigt sein.

[0089] Für die Herstellung des Gleitlagers 1 können, wie bereits erwähnt, die einzelnen Segmente innerhalb einer Schicht, also insbesondere die Segmente 5 der Stützschicht 3 und gegebenenfalls die Segmente einer weiteren Schicht, also beispielsweise die Segmente 9 der Gleitschicht 4 und/oder der Lagermetallschicht 18, stoffschlüssig oder formschlüssig und/oder über eine Pressverbindung miteinander verbunden sein bzw. werden. Es ist dabei prinzipiell jedes Schweissverfahren, wie zum Beispiel Elektronenstrahlschweissen, oder Lötverfahren, insbesondere Hartlötverfahren, welches aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung möglich. Zu achten ist dabei lediglich auf die Werkstoffverträglichkeit zwischen dem Zusatzwerkstoff und dem Werkstoff der einzelnen Segmente. Dementsprechend sind bekannte Zusatzwerkstoffe zu wählen.

[0090] In der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens werden die Segmente innerhalb einer Schicht des Gleitlagers 1 mittels Laserstrahlschweissen miteinander verbunden, sodass in diesem Fall vorzugsweise kein Zusatzstoff für die Herstellung der Schweissverbindung verwendet werden muss, sondern die Verbindung durch aufschmelzen der Werkstoffe der Segmente in den Verbindungsbereichen, also beispielsweise den Verbindungsbereichen 6 oder 10, gebildet wird. Es wird damit der Vorteil erreicht, dass die Herstellung de Verbindung ohne zu starke Erwärmung der neben den Verbindungsbereichen, insbesondere den Verbindungsbereichen 6, 9, liegenden Bereiche möglich ist, wobei zusätzlich die einzelnen Segmente innerhalb einer Schicht zumindest annährend zur Gänze über die Schichtdicke miteinander verbunden sind, also eine über die Schichtdicke reichende Schweissnaht entsteht. Mit «zumindest annährend» ist in diesem Fall gemeint, dass es durchaus möglich ist, dass eine Kernzone innerhalb der Segmente, die bis zu 5 % der Schichtdicke der jeweiligen Schicht betragen kann, nicht verbunden ist. Dieser «Nachteil» wird deshalb in Kauf genommen, da damit eine weitere Reduzierung der Temperaturbelastung der Nebenbereiche neben den Verbindungsbereichen zwischen den Segmenten erreicht werden kann. Vorraussetzung dafür ist allerdings, dass die Gleitlagerhalbschale den Festigkeitsanforderungen entspricht.

[0091] Bevorzugt wird für das Laserschweissen eine Strahlintensität des Laserstrahls von zumindest 2 MW/cm2 verwendet, um damit eine ausreichende Tiefenerwärmung, das heisst ein Aufschmelzen des Werkstoffes bis in die Kernschicht einer Schicht des Gleitlagers 1, mit höherer Sicherheit zu erreichen.

[0092] Zur Reduzierung der Temperaturbelastung der einzelnen Segmente neben den Verbindungsbereichen zwischen den Segmenten wird die Schweissung bevorzugt von der Rückseite, also dem Rücken 13, und von der Vorderseite, also der Lauffläche 19, durchgeführt, wobei allerdings generell die Schweissung von einer Seite, also beispielsweise von in Richtung auf den Rücken 13 oder in Richtung auf die Lauffläche 19 erfolgen kann.

[0093] Bevorzugt erfolgt die Verschweissung der einzelnen Segmente vor deren Umformung zur Halbschale 2, also noch im ebenen Zustand des Halbfertigfabrikats, beispielsweise des Halbfertigfabrikats 28. Es ist weiters bevorzugt, dass die Aufbringung bzw. die Abscheidung der neben der Stützschicht 3 zumindest einen weiteren Schicht des Gleitlagers 1 vor der Umformung der Segmente 5 der Stützschicht 3 durchgeführt wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass bevorzugt ebene Substrate beschichtet werden, also ebene bzw. flache Segmente 5 der Stützschicht 3.

[0094] Es ist weiters bevorzugt, dass die Abscheidung der einzelnen Schichten auf den Segmenten 5 der Stützschicht 3 vor der Verschweissung der Segmente des Gleitlagers 1 durchgeführt wird. Diese Ausführungsvariante der Erfindung hat zudem den Vorteil, dass für die Abscheidung der einzelnen Schichten auf den Segmenten 5 der Gleitschicht 3 auch unterschiedliche Abscheideverfahren angewandt werden können, also beispielsweise Kombinationen von Galvanikschichten mit PVD-Schichten oder walzplattierten Schichten innerhalb einer Schicht des Gleitlagers 1 vorliegen können.

[0095] Neben oder zusätzlich zur Verschweissung besteht die Möglichkeit, die Segmente mittels Formschluss zu verbinden, indem beispielsweise in einer auf ein weiteres Segment weisende Stirnfläche eine Nut aufweist, insbesondere eine hinterschnittene Nut, beispielsweise mit schwalbenschwanzförmigen Querschnitt, und das weitere Segment an der entsprechenden Stirnfläche einen dazu korrespondierenden Steg aufweist. Gegebenenfalls kann diese formschlüssige Verbindung auch verpresst werden, insbesondere während der Umformung zur Halbschale 2.

[0096] Die Erfindung wurde umfassend mit unterschiedlichsten Materialkombinationen erprobt, wobei im Folgenden nur auszugsweise einige der durchgeführten Versuchsbeispiele angegeben werden, um den Rahmen der Beschreibung nicht zu sprengen.

Beispiel 1:

[0097] Es wurden zwei Stahlbänder unterschiedlicher Vorbehandlung für die Stützschicht 3 mit einer Breite von 350 mm mit einer Lagermetallschicht aus AISn40Cu1 walzplattiert, wobei bei einer gleichen Enddicke der plattierten Stahlbänder von 15,5 mm die Lagermetallschicht 18 eines Stahlbandes durch eine grössere Stichabnahme eine um etwa 10 % grössere Härte aufweist. Aus den beiden plattierten Stahlbändern wurden für eine Halbschale 2 Segmente in einer Länge von 1250 mm abgetrennt und entlang ihrer Trennlinie miteinander durch ein Laserstrahlschweissen verbunden. Das auf diese Weise gefertigte Halbzeug wies drei Segmente auf, von denen das mittlere aus dem Band mit der Lagermetallschicht 18 grösserer Härte und dem Stahl mit geringerer Eigenspannung bestand, während die Lagermetallschichten 18 der äusseren Abschnitte entsprechend geringere Härte aufweisen. Aus diesem Halbzeug wurden zwei Lagerplatinen mit einer Nutzbreite von 500 mm und einer Nutzlänge von 1000 mm ausgesägt und zur Lagerschale geformt. Die Erprobung eines Gleitlagers 1 mit diesen Gleitlagerhalbschalen zeigt im Vergleich zu einem Gleitlager gleicher Abmessung und über den Umfang gleich bleibende Eigenschaften der Lagermetallschicht 18 eine deutlich bessere Leistungscharakteristik.

Beispiel 2:

[0098] Kavitationsschäden zeigen sich bei Gleitlagern meist an ganz bestimmten Stellen. Um solchen Kavitationsschäden zu begegnen, muss ein besonders fester Lagerwerkstoff eingesetzt werden, was jedoch bei herkömmlichen Lagern zu erheblichen Einbusen an den tribologischen Eigenschaften und der Schmutzeinbettungsfähigkeit führt. Wird in den kavitationsempfindlichen Umfangsbereichen ein Lagerschalensegment mit einer Lagermetallschicht aus einer AISn10Cu1 Legierung, für die übrigen Abschnitte jedoch eine Lagermetallschicht aus AISn20Cu1 eingesetzt, so können aufgrund des festeren Lagermetalls im Bereich des kavitationsgefährdeten Abschnittes Kavitationsschäden vermieden werden, ohne die schmutzunempfindlichen und tribologisch vorteilhaften Eigenschaften der AISn20Cu1 Legierung für das Gesamtverhalten des Gleitlagers 1 zu verlieren.

Beispiel 3:

[0099] Es wurden drei gleichgrosse Platinen zusammengeschweisst, von denen die Mittlere eine Lagermetallschicht aus einer AISn40Cu-Legierung und die beiden äusseren Platinen eine Lagemetallschichtaus einer SnSb40Cu3-Legierung aufwiesen, und zwar jeweils auf einer stählernen Stützschale. Die Lagerschalen dieser Art wurden für Pleuellager verwendet und mit herkömmlichen Pleuellagern verglichen, die eine einheitliche Lagerschale mit einer stählernen Stützschale und einer aufgebrachten Lagermetallschicht aus AISn40Cu besassen, um die Hauptlast aufnehmen zu können. Diese Lager wurden in einem Verbrennungsmotor 250 Betriebsstunden erprobt und untersucht. Die Laufbilder der herkömmlichen Lager zeigten deutliche Verschleissspuren der Schmutzpartikel über den gesamten Umfangsbereichs des Lagers, was vor allem in Hauptlastbereich zu einer Störung der Belastbarkeit bei längeren Einsätzen führt. Das erfindungsgemässe Lagerzeigt jedoch deutliche Einbettungen der Schmutzpartikel in den weichen aus SnSb40Cu3 bestehenden Lagerbereichen, wobei die Lagermetallschicht aus AISn40Cu in der Hauptlastzone nahezu riefenfrei war.

Beispiel 4:

[0100] Zur Vermeidung von Fretting am Rücken 13 des Gleitlagers 1 wurde die Stützschicht 3 aus zwei verschiedenen Stählen hergestellt, indem die beiden äusseren Segmente 5 aus einem Stahl C10 oder ähnlich und das Segment 5 im Mittenbereich der Stützschicht aus einem Stahl der Sorte C22 oder ähnlich bestand. Aufgrund der unterschiedlichen Spannung, das heisst dem unterschiedlichen Eigenspannungsverlauf dieser beiden Stahlsorten konnte beim Einpressvorgang der Gleitlagerhalbschalen 1 in die Lageraufnahme eine genügend hohe Spannung aufgebaut werden. Dieses Gleitlager 1 wurde mit einem Gleitlager aus dem Stand der Technik mit nur einem Segment, also durchgehender Stützschicht 3 verglichen. Es wurden dabei Versuche durchgeführt mit zunehmender Last bis die Gleitlagerhalbschalen anfingen mitzudrehen. Es zeigte sich dabei, dass die erfindungsgemässen Gleitlager nach 5000 Stunden Laufzeit deutlich geringere Frettingspuren aufwiesen. Zudem zeigte sich, dass diese Lagereine Last aufnehmen können, die deutlich grösser ist, bevor sich die Gleitlagerhalbschalen mitdrehen.

[0101] Es wurden also bei diesem Beispiel die höher festeren Stahlstücke im Bereich der Trennbereiche der zusammenwirkenden Gleitlagerhalbschalen angebracht, wo im Einbauzustand die grössten Spannungen auftreten.

[0102] Bei Lagern mit umfangsmässigen Bereichen mit Fretting kann ein derartiges höher festeres Segment auch in diesem Bereich eingesetzt werden. Das Gleiche gilt für kavitationskritische Stellen des Lagers, insbesondere Bereiche mit Öllöchern.

Beispiel 5:

[0103] Da die chemischen und vor allem die physikalischen Beschichtungsverfahren von grösseren Lagern derzeit in der Serienfertigung unwirtschaftlich ist, da die konzipierten Anlagen nicht die passende Grösse haben, respektive der Bau spezieller Anlagen für grössere Gleitlager 1 aufgrund des geringeren Stückzahlbedarfs unökonomisch ist, wurden Halbschalen 2 durch Gleitlager 1 hergestellt, die aus Segmenten 5 des Aufbaus Stahl/Bleibronze in den Randbereichen der Halbschale 2 und aus einem Segment 5 des Aufbaus Stahl/AIZn5 im Scheitelbereich der Halbschale 2 bestanden. Zusätzlich wurde auf die Segmente auf die Gleitschichten 4 eine Gleitlackschicht auf Polyamidimidbasis mit Graphit und MoS2als Festschmierstoffe aufgebracht. Diese Halbschalen 2 zeigten sowohl hinsichtlich der Belastbarkeit als auch hinsichtlich der Frettingneigung sehr gute Ergebnisse.

Beispiel 6:

[0104] Das Beispiel 5 wurde wiederholt, wobei für die Randsegmente ein Aufbau Stahl/Bleibronze/Nickel/Gleitlack und für das Scheitelsegment ein Aufbau Stahl/ AlBi11Cu0,5Ni0,5 Sputterschicht gewählt wurde. Die Ergebnisse des Beispiels 5 konnten damit noch verbessert werden.

[0105] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Gleitlagers 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.

[0106] Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Gleitlagers 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Bezugszeichenaufstellung

[0107] <tb>1.<sep>Gleitlager <tb>2.<sep>Halbschale <tb>3.<sep>Stützschicht <tb>4.<sep>Gleitschicht <tb>5.<sep>Segment <tb>6.<sep>Verbindungsbereich <tb>7.<sep>Oberfläche <tb>8<sep> <tb>9.<sep>Segment <tb>10.<sep>Verbindungsbereich <tb>11.<sep>Umfangsrichtung <tb>12.<sep>Schicht <tb>13.<sep>Rücken <tb>14.<sep>Antifrettingsschicht <tb>15.<sep>Richtung <tb>16.<sep>Stirnfläche <tb>17.<sep>Stirnfläche <tb>18.<sep>Lagermetallschicht <tb>19.<sep>Lauffläche <tb>20.<sep>Einlaufschicht <tb>21.<sep>Gleitlagerstirnfläche <tb>22.<sep>Gleitlagerstirnfläche <tb>23.<sep>Mittenbereich <tb>24.<sep>Gesamtschichtdicke <tb>25.<sep>Randbereich <tb>26.<sep>Randbereich <tb>27.<sep>Mittenbereich <tb>28.<sep>Halbfertigfabrikat <tb>29.<sep>Nut <tb>30.<sep>Stirnfläche <tb>31.<sep>Stirnfläche <tb>32.<sep>Abschrägung <tb>33.<sep>Abschrägung <tb>34.<sep>Neigungswinkel

Claims (28)

1. Gleitlager (1) in Form einer Halbschale (2) umfassend eine Stützschicht (3), eine Lagermetallschicht (18) und/oder eine Gleitschicht (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (3) aus mehreren miteinander verbundenen Segmenten (5) besteht, zwischen denen jeweils ein Verbindungsbereich (6) ausgebildet ist.

2. Gleitlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermetallschicht (18) und/oder die Gleitschicht (4) aus mehreren Segmenten (9) besteht bzw. bestehen.

3. Gleitlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gleitschicht (4) und der Lagermetallschicht (18) oder der Stützschicht (3) oder zwischen der Lagermetallschicht (18) und der Stützschicht (3) oder auf der Rückseite der Stützschicht (3) zumindest eine weitere Schicht angeordnet ist, und dass sämtliche Schichten aus mehreren Segmenten (5, 9) bestehen.

4. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Segment (5, 9) zumindest der Stützschicht (3) oder der Lagermetallschicht (18) oder der Gleitschicht (4) oder der zumindest einen weiteren Schicht aus einem Werkstoff besteht, der zu dem Werkstoff eines weiteren Segments (5, 9) derselben Schicht unterschiedliche Eigenschaften aufweist.

5. Gleitlager (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche Eigenschaft die Härte und/oder die Eigenspannung der Segmente (5, 9) ist.

6. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Segment (5, 9) zumindest der Stützschicht (3) oder der Lagermetallschicht (18) oder der Gleitschicht (4) oder der zumindest einen weiteren Schicht aus einem Werkstoff besteht, der zu dem Werkstoff eines weiteren Segments (5, 9) derselben Schicht eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist.

7. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5, 9) zumindest der Stützschicht (3) in Umfangsrichtung (11) der Halbschale (2) nebeneinander angeordnet sind.

8. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5, 9) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder durch eine Pressverbindung miteinander verbunden sind.

9. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5, 9) teilweise überlappend und stufenlos aneinandergrenzend angeordnet sind.

10. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Verbindungsbereich(e) (6, 10) in Umfangsrichtung (11) der Halbschale (2) geneigt verläuft oder verlaufen.

11. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Segmente (5, 9) der Halbschale (2) eine unterschiedliche Anzahl an übereinander angeordneten Schichten aufweisen.

12. Gleitlager (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtschichtdicke der Halbschale (2) in radialer Richtung bei einer unterschiedlichen Anzahl an übereinander angeordneten Schichten zumindest annähernd konstant ist.

13. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Segmente (5, 9) der Halbschale (2) eine unterschiedliche Gesamtschichtdicke aufweisen.

14. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Segmente (5) der Stützschicht (3) mehrere Segmente (9) der Lagermetallschicht (18) und/oder der Gleitschicht (4) aufweist.

15. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (6, 10) zwischen zwei Segmenten (5, 9) aus dem Werkstoff der Segmente (5, 9) gebildet ist.

16. Verfahren zum Herstellen einer Gleitlagerhalbschale umfassend eine Stützschicht (3) und zumindest eine weitere Schicht, wobei die Stützschicht (3) aus einem flachen Substrat durch Umformung zur Gleitlagerhalbschale gebildet wird und wobei auf die Stützschicht (3) zumindest eine weitere Schicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (3) aus mehreren Segmenten (5) zusammengesetzt wird und die Segmente (5) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder über eine Pressverbindung miteinander verbunden werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine weitere Schicht ebenfalls aus mehreren Segmenten zusammengesetzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine weitere Schicht vor der Verbindung der Segmente (5) der Stützschicht (3) miteinander aufgebracht wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung der Segmente (5) zur Gleitlagerhalbschale nach dem Aufbringen der zumindest einen weiteren Schicht durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Segmente (5) der Stützschicht (3) vor deren Umformung zur Gleitlagerhalbschale durchgeführt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Segmente (5) der Stützschicht (3) mittels Laserschweissen durchgeführt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlintensität des Laserstrahls von mindestens 2 MW/cm<2>verwendet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5, 9) ohne einen Zusatzwerkstoff miteinander geschweisst werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5, 9) sowohl von der Rückseite als auch von der Vorderseite - in radialer Richtung der Gleitlagerhalbschale betrachtet - geschweisst werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei Segmente (5) der Stützschicht (3) Metalle oder Metalllegierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei Segmente (5) der Stützschicht (3) unterschiedliche Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Segmente der zumindest einen weiteren Schicht mit unterschiedlichen Beschichtungsverfahren hergestellt sind.

28. Verwendung eines Gleitlagers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.