DE102014205534A1

DE102014205534A1 - Verfahren zur Befestigung eines Lagerbauteils in einen Lagersitz

Info

Publication number: DE102014205534A1
Application number: DE102014205534.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rittmann; Ralf Herber
Original assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Current assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Bei einem Verfahren zur Befestigung eines (halb)zylindrischen Lagerbauteils in einem Lagersitz wird eine stoffflüssige Verbindung hergestellt, und eine Temperatur von 300°C nicht überschritten.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Lagerbauteils in einen Lagersitz, vorzugsweise einer Pleuelbohrung oder einer Kurbelwellengehäusebohrung.
Lagerbauteile wie zum Beispiel Lagerschalen dürfen sich im Betrieb nicht drehen oder verschieben und müssen dementsprechend rotations- und axialfest gelagert werden.
Stand der Technik
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die beiden Lagerteile durch Presssitz reibschlüssig zu fixieren. Mit anderen Worten werden bspw. die Lagerschalen mit einem Überstand verbaut, d.h. die Lagerschale hat einen größeren Durchmesser als die aufnehmende Bohrung.
Durch den Presssitz wird, insbesondere für dünne Lager, die Vielfalt der dazu geeigneten Materialien eingeschränkt, zum Beispiel ist der erforderliche Presssitz bei Aluminiumlagern nicht erreichbar.
Weiterhin nachteilig ist die Erhöhung der Schraubenkräfte, welche zum Beispiel in den Schrauben in einem die Lagerschale umschließenden Pleuelauge auftreten. Dies hat aufgrund der größeren erforderlichen Dimensionierung einen gewichtssteigernden Einfluss.
In der DE 10 2008 027 596 A1 sowie in der EP1178229 A2 sind Verfahren beschrieben, die eine Lötverbindung zur Befestigung eines Lagerbauteils in einem Lagersitz heranziehen, für deren Herstellung mindestens eine der Komponenten eine Temperatur von über 300°C aufweist. Diese hohen Temperaturen führen bei Fügung der Komponenten zu Bauteilspannungen oder Beschädigungen der Materialien, eingeschlossen der eventuellen Beschichtungen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine Befestigung eines Lagerbauteils in einem Lagersitz ohne Beeinträchtigung der beteiligten Komponenten ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren zur Befestigung eines Lagerbauteils in einem Lagersitz, vorzugsweise einer Pleuelbohrung oder einer Kurbelwellengehäusebohrung.
Demzufolge zeichnet sich dieses dadurch aus, dass bei einem (halb)zylindrischen Lagerbauteil eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung, hergestellt wird. Dabei bleiben alle Komponenten, inklusive der verwendeten Klebstoffe beziehungsweise das verwendete Lot unterhalb einer Temperatur von 300°C, bevorzugt unterhalb von 280°C, weiter bevorzugt unterhalb von 250°C.
Durch die niedrige Temperatur ist das Verfahren energieärmer und dadurch umweltfreundlicher und kostengünstiger als die konventionellen Verfahren, die mit weitaus energieintensiveren thermischen Prozessen ablaufen. Weiterhin ist von Vorteil, dass Gefügebeeinträchtigungen des Materials vermieden werden, sodass eine nahezu spannungsfreie axiale und radiale Fixierung von einem Lagerbauteil in einen Lagersitz ermöglicht wird und Nachteile, wie zum Beispiel die Verschlechterung mechanischer Kennwerte der Komponenten, ausbleiben. Ferner steht eine größere Vielzahl an Materialien zur Auswahl, da die Anforderungen bezüglich der Festigkeitskennwerte erfüllt werden können, ohne dass mechanische Beanspruchungen, wie sie zum Beispiel bei einer Presspassung oder bei einer thermischen Verspannung auftreten, zu berücksichtigen sind. Es sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße, stoffschlüssige Verbindung mit einer Presspassung kombiniert werden kann, diese jedoch deutlich schwächer ausgeführt sein kann, als bisher üblich und nötig, so dass die genannten Vorteile erhalten werden können.
Zusätzlich ist die Anwendung von eventuellen Beschichtungen begünstigt und verbessert möglich, da diese nicht durch hohe Temperaturen beschädigt oder beeinträchtigt werden. Weiterhin ist es möglich und vorteilhaft, dünnwandige Lagerschalen zu verbauen, um Bauraum und Gewicht zu sparen. Schraubenkräfte sowie das Gesamtgewicht werden reduziert, ohne konstruktive Sicherheiten einbüßen zu müssen.
Vorteilhaftige Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einer Lötverbindung wird bevorzugt das Lagerbauteil und/oder ein Lagersitz, vor dem Einbau des Lagerbauteils in den Lagersitz, vorzugsweise ein Pleuel, an der Kontaktfläche vorzugsweise galvanisch mit einem Lot, für das sich ein Aufbau aus Nickel, Silber und Zinn als besonders günstig erweist, beschichtet. Hierbei ist das Silber-Zinn-Schicht-System das eigentliche Lot, und Nickel dient als Multifunktionsschicht, beispielsweise als Haftvermittler und/oder Diffusionssperre. Die Lagerschale wird vorzugsweise nach dem Einbau in den Lagersitz, vorzugsweise in ein Pleuel, bevorzugt zusammen mit dem Lagersitz bis zum Schmelzpunkt des Lotes erwärmt, ohne dass es zu einer Schädigung der verwendeten Materialien oder Beschichtungen kommt, das Lot jedoch schmilzt und nach dem Erstarren für die Fixierung sorgt.
Der Schmelzpunkt des Lotes bzw. Klebstoffes oder sonstigen verwendeten Stoffes liegt über der bei der Verwendung des Bauteils herrschenden Betriebstemperatur, damit es während des Betriebes zu keinen Beeinträchtigungen der Verbindung kommt und die Verbindung dauerhaft ihre Funktionen, insbesondere die der Fixierung beibehält.
Bei einer Klebeverbindung wird bevorzugt das Lagerbauteil vor dem Einbau in einen Lagersitz an der Kontaktfläche zumindest teilweise mit Klebstoff beschichtet. Dies kann zum Beispiel durch eine Sprühbeschichtung erfolgen.
Die Wirkung (Funktion der Fixierung) des Klebstoffs setzt idealerweise durch Druck beim Verbau oder durch eine nach der Montage der Bauteile ausgeführte Erwärmung ein. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Handhabung der zu befestigenden Komponenten, da noch keine Beeinträchtigung durch den Klebstoff besteht, sodass der Aufwand für die Montage erheblich reduziert wird und Montagefehler vermieden werden. Des Weiteren wird die Fertigungsgenauigkeit erhöht.
Es erweist sich als vorteilhaft, Werkstoffe zu verwenden, die kupferbasiertes Lagermaterial, insbesondere Bronze und/oder Massivaluminium aufweisen. Bronze gilt als konventioneller Lagerwerkstoff und verfügt über gute Gleiteigenschaften sowie Korrosionsschutz. Massivaluminium ist aufgrund seines geringen Gewichtes und seiner Korrosionsbeständigkeit vorteilhaft.
Optional kann eine Kombination mit einem Stahlrücken verwendet werden, um die Festigkeit zu erhöhen. Als besonders bevorzugte Materialien seien Massivbronze, ein Stahl-Bronze-Overlay-Trimetall und ein Stahl-Aluminium-Bimetall genannt.
Als besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet der Erfindung haben sich vergleichsweise dünnwandige Lager, beispielsweise Pleuellager herausgestellt. Dementsprechend liegt die Wanddicke des Lagerbauteils bevorzugt unter 1,1 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008027596 A1 [0006]
EP 1178229 A2 [0006]

Claims

Verfahren zur Befestigung eines (halb)zylindrischen Lagerbauteils in einem Lagersitz, vorzugsweise einer Pleuelbohrung oder einer Kurbelwellengehäusebohrung, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung hergestellt wird, und eine Temperatur von 300°C nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lötverbindung das Lagerbauteil und/oder ein Lagersitz vor dem Einbau des Lagerbauteils in den Lagersitz an der Kontaktfläche zumindest teilweise und vorzugsweise galvanisch mit einem Lot, zum Beispiel einem Aufbau aus Nickel, Silber und Zinn, beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt des Lotes über der bei der Verwendung des Bauteils herrschenden Betriebstemperatur liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Klebeverbindung das Lagerbauteil vor dem Einbau in einen Lagersitz an den Kontaktflächen mit Klebstoff, dessen Schmelzpunkt über der bei der Verwendung des Bauteils herrschenden Betriebstemperatur liegt, beschichtet wird, insbesondere durch eine Sprühbeschichtung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung nach dem Einbau durch Druck und/oder Erwärmung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerbauteil kupferbasiertes Lagermaterial, insbesondere Bronze und/oder Massivaluminium aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerbauteil einen Stahlrücken aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerbauteil eine Wanddicke von weniger als 1,1 mm aufweist.