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Die
Erfindung betrifft eine Anlaufscheibe aus einem Einschichtwerkstoff.
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Eine
Anlaufscheibe aus einem Einschichtwerkstoff ist beispielsweise aus
der
DE 199 60 645
A1 bekannt. Die Anlaufscheibe besteht aus einer Aluminiumlegierung,
deren eine Stirnfläche eine durch Anodisieren erzeugte
Al
2O
3-Oberflächenschicht
aufweist. Des Weiteren ist die Verwendung von CuSn6- oder CuSn8-Bronzen
als Massivwerkstoff für Anlaufscheiben bekannt.
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Darüber
hinaus bekannte Anlaufscheiben sind aus einem Verbundwerkstoff aufgebaut,
der einen Stahlrücken aufweist, auf dem eine Schicht aus
einer geeigneten Lagerlegierung, beispielsweise einer Aluminium-
oder einer Kupfer-basierten Legierung, aufplattiert ist. Eine solche
Anlaufscheibe ist in der
DE
44 11 762 A1 beschrieben.
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Anlaufscheiben
werden in der Regel aus Bandmaterial ausgestanzt. Hierdurch entsteht
sehr viel Stanzabfall, welcher bis zu 150% gemessen an dem für
die Anlaufscheiben benötigten Material betragen kann. Dieser
Abfall ist im Fall der zuletzt genannten Verbundmaterialien Mischschrott
und deshalb nicht wieder verwertbar. Aus diesem Grund werden die
eingangs erwähnten Einschichtwerkstoffe bevorzugt.
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Anlaufscheiben
werden entweder separat als Axiallager oder in Verbindung mit Radiallagern
als so genanntes Bundlager verbaut. Radiallager und Anlaufscheibe
werden dabei entweder als Einzelteile beim Einbau zu dem Bundlager
zusammengesetzt oder zu fertigen Bundlagern vormontiert. Es gibt
grundsätzlich drei Bauarten von vormontierten Bundlagern,
so genannte gebaute Bundlager, geschweißte Bundlager oder einstückig geformte,
gezogene Bundlager. Bei dem gebauten Bundlager sind die Anlaufscheibe
und das Radiallager separat ausgebildet. Die Anlaufscheibe weist
radiale Vorsprünge auf, die in formschlüssigem
Eingriff mit korrespondierenden Ausnehmungen an dem Radiallager
stehen und beide Teile unverlierbar miteinander verbinden. Diese
Art der Verbindung erfordert eine hohe Festigkeit des Lagerschalenmaterials,
weshalb hierfür nur Verbundwerkstoffe mit einer Stahlstützschicht
zum Einsatz kommen. Bei den geschweißten Bundlagern ist
die Anlaufscheibe mit der Lagerschale bzw. dem Stahlrücken
des Radiallagers in der Regel durch eine Laserschweißverbindung
zusammengefügt. Dies erfordert, dass das Anlaufscheibenmaterial
mit Stahl verschweißbar ist.
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Insbesondere
im Hinblick auf die gebauten Bundlager stellen sich die bekannten
Anlaufscheiben in Massivwerkstoffausführung als kritisch
heraus. Sowohl der Werkstoff auf Aluminium-Basis als auch der auf CuSn6-
oder CuSn8-Basis haben für die meisten Anwendungen mit
größerer axialer Belastung keine ausreichende
Festigkeit. Dies gilt umso mehr, je größer der
Lagerradius ist. Andererseits nimmt gerade mit zunehmendem Lagerradius
auch der Materialverbrauch und damit der Stanzabfall zu.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, Anlaufscheiben aus einem Einschichtwerkstoff
mit verbesserten Materialeigenschaften bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anlaufscheibe
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Verwendung einer Kupferlegierung
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 für eine Anlaufscheibe
gelöst.
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Der
erfindungsgemäß verwendete CuNiSi-Werkstoff hat
bekanntermaßen eine über weitere Bereiche einstellbare
Festigkeit. Bevorzugt wird für die Anwendung als Anlaufscheibe
eine Zugfestigkeit Rm von we nigstens 500 MPa und besonders bevorzugt
von wenigstens 600 MPa eingestellt. Die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 beträgt vorteilhafter Weise
wenigstens 400 MPa und besonders bevorzugt wenigstens 500 MPa. Die
Härte wird dabei bevorzugt auf einen Wert zwischen 100
und 250 HV, besonders bevorzugt zwischen 150 und 250 HV und ganz
besonders bevorzugt zwischen 200 und 230 HV eingestellt. Die Einstellung
erfolgt über die konkrete Zusammensetzung, insbesondere über
den Nickelgehalt, sowie durch ein geeignetes Verfestigungsverfahren,
insbesondere durch Walzen und/oder Vergüten der Bänder.
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Der
Werkstoff hat sich aufgrund seiner Festigkeit bereits als Massivwerkstoff
für die Trägerschicht eines Gleitlagerverbundwerkstoffes
bewährt, vgl.
DE
10 2005 023 309 A1 . Die Erfindung nutzt die Materialeigenschaften,
insbesondere die Festigkeit nunmehr ferner, eine formschlüssige
Verbindung der Anlaufscheibe mit einer Lagerschale auch ohne Stahlträgerschicht
bereitzustellen.
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Während
die bekannten Massiv- oder Einschichtwerkstoffe auf Al- oder CuSn-Basis
einen homogenen Aufbau und deshalb meist ungenügende tribologische
Eigenschaften aufweisen, haben die Erfinder erkannt, dass der erfindungsgemäß verwendete
Werkstoff aufgrund der heterogenen Einlagerung der Nickel-Silizium-Hartteilchen
in der Kupfermatrix zugleich über hinreichend gute Gleiteigenschaften
für Anlaufscheiben verfügt. Während er
als Trägerschicht des Gleitlagerverbundwerkstoffes nur
Notlaufeigenschaften zu erfüllen hatte und eigens mit einer
zusätzlichen Gleitschicht beschichtet wurde, ist er in
der Anwendung für Anlaufscheiben als Einschichtwerkstoff
mit ausreichender Festigkeit und zugleich mit genügenden
Gleiteigenschaften hervorragend geeignet.
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Die
Folge seiner Verwendung als Einschichtwerkstoffes ist, dass keinerlei
Mischschrott entsteht und der Stanzabfall wieder eingeschmolzen
und somit dem Stoffkreislauf zur Verfügung gestellt werden
kann.
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Zusätzlich
hat man gefunden, dass der Werkstoff aufgrund einer weiteren Materialeigenschaft
gerade den besonderen Anforderungen an eine Anlaufscheibe besser
gerecht wird, als die bekannten Bronzewerkstoffe: die Wärmeleitfähigkeit.
Aufgrund fehlender Hydrodynamik, die sich nur bei einem Radiallager
nicht aber bei einem Axiallager einstellt, wird die Anlaufscheibe
stets unter Mischreibungsbedingungen beansprucht. Die dabei erzeugte
Wärme ist aufgrund der guten Gleiteigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten
Werkstoffes geringer und wird von diesem ferner besonders effektiv
abgeleitet. Die bevorzugte Wärmeleitfähigkeit, welche
sich durch die Zusammensetzung variieren lässt, beträgt
240 W/mK oder mehr und liegt damit um ein Vielfaches über
der von Bronze.
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Die
vorteilhaften Eigenschaften stellen sich in dem Einschichtwerkstoff
dann ein, wenn der Nickelanteil bei 0,5 bis 5 Gew.-%, bevorzugt
bei 0,8 bis 4,0 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 1,5 bis 2,8 Gew.-%
sowie der Siliziumanteil bei 0,2 bis 2,5 Gew.-%, bevorzugt bei 0,3
bis 1,2 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 0,4 bis 1,0 Gew.-% liegt.
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Die
Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung kann 0,05 bis 2,0 Gew.-%, vorzugsweise
0,15 bis 1,5 Gew.-% Mangan aufweisen.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass bei einem Gewichtsverhältnis
von Nickel zu Silizium zwischen 2,5:1 und 5:1, bevorzugt zwischen
3:1 und 4:1, die tribologischen Eigenschaften in Abhängigkeit
vom Gleitpartner optimiert werden können. Bei diesen Gewichtsverhältnissen
werden die für die guten tribologischen Eigenschaften verantwortlichen
Nickel-Silizium-Verbindungen begünstigt und in ausreichendem
Maße gebildet.
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Die
Kupferlegierung kann weitere Mikrolegierungselemente aufweisen.
Vorzugsweise weist der Einschichtwerkstoff 0,05 bis 0,4 Gew.-%,
besonders bevorzugt 0,075 bis 0,25 Gew.-% mindestens eines der Mikrolegierungselemente
Chrom, Titan, Zirkon, Zink und Mangan einzeln oder in Kombination
auf.
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Ausführungsbeispiel
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Beispielhafte
Kupferlegierungen des Einschichtwerkstoffes sind in den nachfolgender
Tabelle angegeben: Tabelle 1 (Angaben in Gew.-%)
| Beispiel | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Ni | 1,9 | 1,5 | 0,8 | 3,8 | 2,8 |
| Si | 0,6 | 0,5 | 0,25 | 1,2 | 0,8 |
| Mn | 0,15 | 0,05 | 0,05 | 0,1 | 0,05 |
| Pb | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
| Cr | | 0,15 | | | 0,15 |
| Ti | | | | 0,15 | |
| Zr | | | 0,2 | | 0,15 |
| Cu | Rest | Rest | Rest | Rest | Rest |
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Ein
beispielhaftes Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen
Anlaufscheiben sieht zunächst ein Stranggießen
der Kupferlegierung, beispielsweise Doppelstranggießen,
mit einer Breite von 300 mm und einer Dicke von 10 mm zur Herstellung
von Bandmaterial vor, welches anschließend beidseitig gefräst
und aufgewickelt wird. Es folgt dann ein erster Glühschritt
und im Anschluss daran ein erstes Walzen mit mehreren Walzschritten.
In einer Bandglühanlage wird das Band dann nochmals geglüht.
Hieran schließt sich ein zweites Walzen mit einem Walzschritt
an. Danach erfolgt optional ein Teilen des Bandes in Platinen mit den
gewünschten Abmessungen und schließlich ein Ausstanzen
der Anlaufscheiben. Die Anlaufscheiben werden dann noch je nach
Anwendung einer Umformung unterzogen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19960645
A1 [0002]
- - DE 4411762 A1 [0003]
- - DE 102005023309 A1 [0010]