DE102018104541A1

DE102018104541A1 - Hydrodynamisches Gleitlager sowie Nassläuferpumpe mit einem solchen Gleitlager

Info

Publication number: DE102018104541A1
Application number: DE102018104541.7A
Authority: DE
Inventors: Serge Kursawe; Wolfgang Scholz; Bertram Haag
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-08-29
Also published as: WO2019166041A1

Abstract

Hydrodynamisches Gleitlager (1), aufweisend zwei miteinander korrespondierende Reibpartner (3, 4), wobei mindestens ein Reibpartner (3) eine Legierung (9) und eine darauf angeordnete Beschichtung (8) aufweist, wobei das elektrochemische Potential der Legierung (9) höher ist als das elektrochemische Potential der Beschichtung (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Gleitlager sowie eine Nassläuferpumpe, insbesondere Heizungspumpe oder Wasserpumpe, mit einem solchen hydrodynamischen Gleitlager.
Allgemein weisen Gleitlager zwei sich relativ zueinander bewegende Teile auf, die aufeinander gegen den durch Gleitreibung verursachten Widerstand gleiten. Zwischen den beiden relativ zueinander bewegenden Teilen des Gleitlagers befindet sich ein Schmierfilm, der unter Druck gesetzt werden muss, um die Kontaktflächen der beiden Teile gegen die Lagerkraft zu trennen. Gleitlager werden diesbezüglich in hydrodynamische und hydrostatische Gleitlager unterteilt. Bei hydrostatischen Gleitlagern wird der Druck in der tragenden Schmierfilmschicht durch eine externe Pumpe erzeugt. Das heißt, dass bereits bei minimalen Geschwindigkeiten das hydrostatische Gleitlager sehr reibungsarm läuft. Im Vergleich dazu wird bei hydrodynamischen Gleitlagern der Druck durch die beiden zueinander bewegten Teile selbst erzeugt. Das bedeutet, dass beim Anlaufen oder Auslaufen der Bewegung nicht genügend Druck in der Schmierfilmschicht erzeugt werden kann, so dass eine Mischreibung entsteht. Das heißt, dass die Kontaktflächen der beiden zueinander bewegenden Teile teilweise direkt in Kontakt stehen ohne die schützende Schmierfilmschicht, wodurch ein hoher Verschleiß zustande kommt.
In der DE 10 2011 077 556 A1 ist ein Gleitlager mit einem rotierenden Reibpartner und einem Gegenlaufpartner offenbart. Dabei ist entweder der Reibpartner oder der Gegenlaufpartner mit einem Hartstoff beschichtet, so dass die Reibung im hydrodynamischen Zustand reduziert und die Verschleißfestigkeit im Mischreibungsbetrieb erhöht wird.
In der DE 10 2013 004 339 A1 ist ein Pumpenaggregat mit einem Gleitlager offenbart. Das Gleitlager ist entweder vollständig aus einem tribologisch wirksamen Kunststoff hergestellt oder nur der das Gleitlager bildende innere Bereich ist eine Schicht aus einem tribologisch wirksamen Material. Das Gleitlager weist eine Welle sowie einen Lagerträger auf. Der Lagerträger kann dabei beschichtet sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein rationeller herstellbares hydrodynamisches Gleitlager mit einer erhöhten Lebensdauer aufzuzeigen.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird das im Anspruch 1 angegebene hydrodynamische Gleitlager und in Anspruch 10 eine Nassläuferpumpe mit einem solchen hydrodynamischen Gleitlager vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager weist zwei miteinander korrespondierende Reibpartner auf, wobei mindestens ein Reibpartner eine Legierung und eine darauf angeordnete Beschichtung aufweist, wobei das elektrochemische Potential der Legierung höher ist als das elektrochemische Potential der Beschichtung. Dadurch wird beispielsweise Lochfraßkorrosion an dem beschichteten Reibpartner vermieden, dass wiederum die Verschleißbeständigkeit und somit auch die Lebensdauer des hydrodynamischen Gleitlagers erhöht.
Vorzugsweise sind beide Reibpartner aus einem nichtrostenden Metall hergestellt. Zum Beispiel kann rostfreier Stahl mit einem Chromgehalt von mindestens 13 Massen-% verwendet werden. Insbesondere kommt austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, wie Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 oder ein Stahl mit einem ähnlich hohen Chromgehalt (17,5 bis 19,5 Massen-%), in Betracht.
Die Schichtdicke der Beschichtung beträgt vorzugsweise zwischen 3 µm und 20 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 10 µm. Beispielsweise beträgt die Schichtdicke der Beschichtung 7 µm.
Ferner enthält die Beschichtung beispielsweise Kohlenstoffschichten, insbesondere amorphe Kohlenstoffschichten oder CVD-Diamantschichten. Die Abkürzung CVD steht für Chemical Vapour Deposition (chemische Gasphasenabscheidung). Amorpher Kohlenstoff wird häufig auch als Diamond-like Carbon (DLC) oder diamantähnlicher Kohlenstoff bezeichnet. Die Beschichtung kann beispielsweise nach dem Verfahren, das in der DE 10 2016 210 507 A1 bereits von der Anmelderin offenbart ist, hergestellt sein. Alternativ enthält die Beschichtung einen Gleitlack. Unabhängig davon, ob die Beschichtung Gleitlack oder Kohlenstoffschichten aufweist, kann die Beschichtung dabei ein- oder mehrlagig ausgeführt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der beschichtete Reibpartner als Lagerbuchse ausgebildet. In dieser Ausführungsform stellt der andere Reibpartner eine Welle dar. Die Lagerbuchse ist dabei vorzugsweise als Umformteil ausgeführt. Beispielsweise ist die Lagerbuchse an der dem anderen Reibpartner zugewandten Fläche und an einer Stirnseite beschichtet. Das heißt, dass das erfindungsgemäße hydrodynamische Gleitlager zusätzlich eine axiale Anlauffläche aufweist, mit der Axialkräfte übertragen werden können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der eine Reibpartner, vorzugsweise die Lagerbuchse, komplett beschichtet.
Die erfindungsgemäße Nassläuferpumpe, insbesondere Heizungspumpe oder Wasserpumpe, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein hydrodynamisches Gleitlager, wie oben beschrieben aufweist. Der Schmierfilm des hydrodynamischen Gleitlagers entspricht dem Medium, das durch die Nassläuferpumpe gefördert wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:

1 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers in Schnittansicht,
2 ein beispielhafter Schichtaufbau des beschichteten Reibpartners eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers.

In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers 1 in Schnittansicht dargestellt. Das hydrodynamische Gleitlager 1 ist hier in einer nicht weiter dargestellten Nassläuferpumpe 2 integriert.
Das hydrodynamische Gleitlager 1 weist zwei miteinander korrespondierende Reibpartner 3, 4 auf. Der erste Reibpartner 3 ist als Lagerbuchse ausgebildet, während der zweite Reibpartner 4 eine Welle darstellt. Beide Reibpartner 3, 4 des hydrodynamischen Gleitlagers 1 sind hier aus einem rostfreien Stahl hergestellt.
Die Lagerbuchse 3 ist hier als Umformteil ausgebildet und weist eine zylindrische Form mit einem an einer Stirnseite der Lagerbuchse 3 ausgebildeten Flansch 5 auf. Die flanschseitige Stirnseite der Lagerbuchse 3 stellt eine axiale Anlauffläche 6 für Teile der Nassläuferpumpe 2 dar, um Axialkräfte zu übertragen.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Lagerbuchse 3 komplett legiert. Ferner ist die Lagerbuchse 3 des hydrodynamischen Gleitlagers 1 an der der Welle 4 zugewandten Fläche 7 sowie an der axialen Anlauffläche 6 beschichtet. Die Beschichtung 8 besteht in dieser Ausführungsform aus amorphen Kohlenstoffschichten.
In der 2 ist der Schichtaufbau des beschichteten Reibpartners 3 in einer Schnittansicht dargestellt. Der beschichtete Reibpartner 3 ist hier die Lagerbuchse des hydrodynamischen Gleitlagers 1. Die Lagerbuchse 3 ist aus einem rostfreien Stahl hergestellt und weist eine Legierungsschicht 9 auf. Auf der Legierung 9 ist eine Beschichtung 8 aufgebracht, die eine Schichtdicke D von 7 µm aufweist. Die Legierung 9 weist dabei ein höheres elektrochemisches Potential auf als die Beschichtung 8, wodurch Lochfraßkorrosion vermieden wird.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlager
2: Nassläuferpumpe
3: erster Reibpartner, Lagerbuchse
4: zweiter Reibpartner, Welle
5: Flansch
6: axiale Anlauffläche
7: Fläche
8: Beschichtung
9: Legierung
D: Schichtdicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011077556 A1 [0003]
DE 102013004339 A1 [0004]
DE 102016210507 A1 [0010]

Claims

Hydrodynamisches Gleitlager (1), aufweisend zwei miteinander korrespondierende Reibpartner (3, 4), wobei mindestens ein Reibpartner (3) eine Legierung (9) und eine darauf angeordnete Beschichtung (8) aufweist, wobei das elektrochemische Potential der Legierung (9) höher ist als das elektrochemische Potential der Beschichtung (8).
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Reibpartner (3, 4) aus einem nichtrostenden Material hergestellt sind.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (D) der Beschichtung (8) zwischen 3 µm und 20 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 10 µm, bevorzugt 7 µm beträgt.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) Kohlenstoffschichten, insbesondere amorphe Kohlenstoffschichten oder CVD-Diamantschichten, enthält.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8) einen Gleitlack enthält.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beschichtete Reibpartner (3) als Lagerbuchse ausgebildet ist.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (3) als Umformteil ausgeführt ist.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (3) an der dem anderen Reibpartner (4) zugewandten Fläche (7) und an einer Stirnseite (6) beschichtet ist.
Hydrodynamisches Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Reibpartner (3) komplett beschichtet ist.
Nassläuferpumpe (2), insbesondere Heizungspumpe oder Wasserpumpe, mit einem hydrodynamischen Gleitlager (1) nach den Ansprüchen 1 bis 9.