DE102018119504A1

DE102018119504A1 - Verfahren zum Fertigen eines Gleitlagers und Gleitlager

Info

Publication number: DE102018119504A1
Application number: DE102018119504.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Eichler; Daniel Sawatzki
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2020-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Gleitlagers mit einem Gelenkteil, einer Gleitlagerbuchse und einer integrierten Schmiermittelverteilernut, wobei das Gelenkteil mechanisch vorgefertigt wird und ein Auge aufweist, mit folgenden Schritten:- Einbringen mindestens einer Nut in eine Innenseite des Auges des mechanisch vorgefertigten Gelenkteils mittels einer Schneidvorrichtung, sodass eine Schmiermittelverteilernut im Gelenkteil vorliegt, und- Additives Auftragen eines Gleitlagerwerkstoffes auf das Auge des Gelenkteils zum Aufbau der Gleitlagerbuchse und/oder zum Schließen einer Einbringöffnung der Schneidvorrichtung im Gelenkteil, sodass das gefertigte Gleitlager mit einer additiv gefertigten Gleitlagerbuchse und einer integrierten Schmiermittelverteilernut vorliegt.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gleitlager.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Gleitlagers mit einem Gelenkteil, einer Gleitlagerbuchse und einer integrierten Schmiermittelverteilernut, wobei das Gelenkteil mechanisch vorgefertigt wird und ein Auge aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gleitlager mit einer integrierten Zentralschmierung.
Gleitlager dienen üblicherweise einer Relativbewegung zwischen zwei Flächen und stehen in einem direkten Kontakt zu einem sich relativ zum Gleitlager bewegendem anderen Teil. Beispielsweise ist ein Kolbenbolzen zur Kraftübertragung im Bolzenauge eines Pleuels gelagert. Gleitlager ermöglichen somit Gleit-, Dreh-, Hub- oder Schwenkbewegungen. Um eine Gleitbewegung zwischen der Gleitschicht des Lagers und dem jeweiligen gelagerten Teil zu ermöglichen, weist das Gleitlager einen Schmierfilm auf. Die Schmierung wird üblicherweise durch eingelagerte Schmierstoffe realisiert.
Bei einer Gelenkteil-Baugruppe aus einem Gelenkteil und einer Gleitlagerbuchse werden das Gelenkteil und die Gleitlagerbuchse herkömmlicherweise zunächst separat hergestellt und bearbeitet, um abschließend mit Hilfe eines Dehnverbandes gefügt und nachbearbeitet zu werden. Da hierbei die Gleitlagerbuchse separat gefertigt wird, ist ein entsprechender Mindestdurchmesser der Gleitlagerbuchse zum Spannen an der Bearbeitungsmaschine notwendig. Üblicherweise wird das Gleitlager im Gelenkteil über eine umlaufende Nut am Außendurchmesser der Gleitlagerbuchse mit Schmierstoff versorgt. Dadurch ist nur eine Versorgungsstelle am Gelenkteil nötig, um das Gleitlager an mehreren Stellen mit Schmierstoff zu versorgen. Nach dem Fügen der Gleitlagerbuchse werden Löcher in den Innendurchmesser der Buchse gebohrt, über welche der Zugang zur umlaufenden Nut erfolgt.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2017 112 433 A1 ein konventionell gefertigtes Gleitlager mit zwei Lagerschalen, wobei zur Schmiermittelversorgung der Kurbelwelle aus einer Schmiermittelgalerie mittels einer Versorgungsbohrung Schmiermittel entnommen wird und in einen Ölversorgungskanal im Kurbelgehäuseoberteil fließt. Hierbei verschließt die obere Lagerschale den Schmiermittelversorgungskanal bis auf eine Versorgungsbohrung, durch welche das Schmiermittel zur Kurbelwelle gelangt. Die Verteilung des Schmiermittels in den beiden Lagerschalen entlang ihres Umfanges erfolgt jeweils über eine Schmiermittelnut.
Zudem sind aus dem Stand der Technik neben konventionell gefertigten Gleitlagern auch die additive Fertigung einer Lauffläche eines Gleitlagers oder eines gesamten Gleitlagers bekannt.
In der DE 10 2013 218 344 A1 und der WO 2014/128196 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerkomponente eines Wälz- oder Gleitlagers mit einer additiv gefertigten Laufflächenschicht beschreiben, in dem auf den Ausgangswerkstoff eines Grundkörpers eine Beschichtung durch Auftragsschweißen eines Matrixstoffes sowie ein Dispergieren eines Dispersionswerkstoffes erfolgt.
Aus der DE 10 2016 109 299 A1 und WO 2017/198253 A1 ist eine Lager- und Zapfenbuchse für ein hydrodynamisches Gleitlager mit einer als Ringsegment ausgebildeten Lagerabdichtung bekannt, welche an einer Kontaktlauffläche dichten an der Zapfenbuchse oder der Lagerbuchse anliegt, wobei die verschleißfeste Kontaktlauffläche als eine in den Ringkanal aufgebrachte ein- oder mehrlagige Auftragsschweißung ausgebildet ist. Zudem ist in der DE 10 2012 222 176 A1 eine Lageranordnung mit einem Außenring und einem Innenring offenbart, wobei ein Anbauteil, beispielsweise ein Halteelement für einen Sensor, additiv an den Außenring angeformt wird.
In der Information „Das gedruckte Gleitlager“ (Firma Admos, https://www.admos-gleitlager.de/produkte/3d-schweissen/, 18.06.2018) wird zur Fertigung eines Verbundgleitlagers zunächst die additive Fertigung eines Grundkörpers aus Stahl und die anschließende Beschichtung mittels Laserauftragsschweißen mit einem Lagermetall beschrieben.
Nachteilig bei allen bekannten Gleitlagern ist, dass aufgrund der Anordnung der Schmiermittelnut am Außendurchmesser der Gleitlagerbuchse und den entsprechend notwendigen Versorgungsbohrungen nur eine begrenzte geometrische Gestaltung des Gleitlagers möglich ist und die Verteilernut nur ein begrenztes Volumen zur Aufnahme des Schmiermittels bereitstellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Fertigen eines Gleitlagers mit einem Gelenkteil, einer Gleitlagerbuchse und einer integrierten Schmiermittelverteilernut, wobei das Gelenkteil mechanisch vorgefertigt wird und ein Auge aufweist, mit folgenden Schritten:

- Einbringen mindestens einer Nut in eine Innenseite des Auges des mechanisch vorgefertigten Gelenkteils mittels einer Schneidvorrichtung, sodass eine Schmiermittelverteilernut im Gelenkteil vorliegt, und
- Additives Auftragen eines Gleitlagerwerkstoffes auf das Auge des Gelenkteils zum Aufbau der Gleitlagerbuchse und/oder zum Schließen einer Einbringöffnung der Schneidvorrichtung im Gelenkteil, sodass das gefertigte Gleitlager mit einer additiv gefertigten Gleitlagerbuchse und einer integrierten Schmiermittelverteilernut vorliegt.

Somit wird ein Gleitlager gefertigt, bei welchem die integrierte Schmiermittelverteilernut und/oder die Gleitlagerbuchse geometrisch frei gestaltet werden. Folglich sind auch spezielle geometrische Formen des Gleitlagers realisierbar.
Durch das additive Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes auf das Auge des Gelenkteils und somit dem direkten Aufbau der Gleitlagerbuchse ist die Gleitlagerbuchse frei von einem einzuhaltenden Mindestdurchmesser fertigbar, da ein Spannen der gefertigten Gleitlagerbuchse an einer Bearbeitungsmaschine zum Zusammensetzen wie bei einem konventionellen Gleitlager nicht notwendig ist.
Zudem wird durch das direkte Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes in das Gelenkteil die Materialdicke des Gleitlagerwerkstoffes deutlich reduziert und somit werden die Steifigkeit und Belastbarkeit der Lagerung erhöht.
Des Weiteren werden durch ein einschichtiges oder mehrschichtiges Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes die Eigenschaften der Gleitlagerbuchse und somit des Gleitlagers gezielt eingestellt.
Es ist besonders vorteilhaft, dass der Herstellungs- und Montageprozess deutlich verkürzt und Material sowie Kosten eingespart werden, da das Gelenkteil und die Gleitlagerbuchse nicht konventionell separat gefertigt und anschließend zusammengesetzt werden müssen und das Schließen der Einbringöffnung der Schneidvorrichtung im Gelenkteil aufgrund des Einbringens der Nut zeitgleich mit dem Aufbau der Gleitlagerbuchse erfolgt.
Dadurch, dass nicht eine konventionelle umlaufende Schmiermittelverteilernut im Außendurchmesser der Lagerbuchse gefertigt wird, sondern die Schmiermittelverteilernut im Innendurchmesser des Auges des Gelenkteils eingebracht wird, ist die Form der integrierten Schmiermittelverteilernut frei vorgebbar. Somit kann das Schmiermittelvolumen vorgegeben durch die Form, das Volumen und/oder der Tiefe der Nut entsprechend ausgestaltet und/oder erhöht werden. Vor allem kann die Tiefe der Nut im Gelenkteil größer gewählt werden, als dies bei einer umlaufende Schmiermittelverteilernut im Außendurchmesser der Lagerbuchse möglich ist.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, die Schmiermittelverteilernut im Gelenkteil einzubringen, die dadurch bedingte Einbringöffnung der Nut möglichst schmal bei einem für die Schmiermittelversorgung ausreichenden Hohlraum der Nut zu halten und geometrisch derart zu gestalten, dass eine möglichst große Stützwirkung für den Gleitlagerwerkstoff beim direkten dreidimensionalen additiven Auftragen der Gleitlagerbuchse erzielt wird.
Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Ein „Gleitlager“ ist insbesondere ein Element zum Führen gegeneinander beweglicher Bauteile. In dem Gleitlager haben die beiden sich gegeneinander bewegenden Bauteile insbesondere direkten Kontakt und gleiten aufeinander gegen den durch Gleitreibung verursachten Widerstand. Das Gleitlager weist insbesondere eine Gleitlagerbuchse und einen Grundkörper und/oder ein Gelenkteil mit einem Auge auf. Bei einem Gleitlager handelt es sich insbesondere auch um ein Pleuellager. Ein Gleitlager dient insbesondere einer Gleit-, Dreh-, Hub- oder Schwenkbewegung. Bei einem Gleitlager kann es sich auch um ein hydrodynamisches Gleitlager handeln, welches Lasten auf einem dünnen Gas- oder Flüssigkeitsfilm aufnimmt.
Ein „Gelenkteil“ ist insbesondere ein Bauteil, welches eine bewegliche Verbindung zwischen zwei Teilen herstellt. Bei einem Gelenkteil kann es sich beispielsweise um ein Pleuel, ein Zahnrad und/oder eine andersartige bewegliche Verbindung handeln. Unter Gelenkteil wird insbesondere auch das Gehäuse für eine Gleitlagerbuchse verstanden. Das Gelenkteil weist insbesondere mindestens ein Auge auf, auf welches die Gleitlagerbuchse durch dreidimensionales additives Auftragen gefertigt wird. Das Gelenkteil weist insbesondere Baustahl (S235, S355) auf.
Unter „Auge“ wird insbesondere ein Lastaufnahmemittel verstanden, welches eine Öffnung vollständig umschließt. Durch das Auge kann insbesondere ein gegenüberliegendes Lastaufnahmemittel und/oder bewegliches Bauteil wie ein Bolzen hindurchgesteckt werden. Bei einem Auge handelt es sich insbesondere um ein kleines Pleuelauge oder ein größeres Pleuelauge (auch „Pleuelfuß“ genannt) eines Pleuels. Ein Auge ist insbesondere auch ein Loch in einem Zahnrad und/oder Schneckenrad.
Die „Innenseite des Auges“ ist insbesondere die Seite des Auges, welche die innere Öffnung umschließt.
Eine „Gleitlagerbuchse“ ist insbesondere ein im Wesentlichen rohrförmiges Bauteil, welches durch additiven Auftrag direkt auf ein Auge eines Gelenkteils aufgebaut ist. Die Innenseite der Gleitlagerbuchse stellt insbesondere die Kontaktfläche für ein aufzunehmendes bewegliches Bauteil, beispielsweise einen Kolbenbolzen, dar. Die Gleitlagerbuchse selbst ist insbesondere frei von einer Schmiermittelverteilernut.
Eine „Schmiermittelverteilernut“ (auch „Schmierverteilernut“) ist insbesondere eine in die Innenseite des Auges des Gelenkteils eingebrachte Nut für die Zentralschmierung des Gleitlagers und/oder der Gleitlagerbuchse. Bei der Schmiermittelverteilernut handelt es sich insbesondere um eine längliche Vertiefung in der Innenseite des Auges des Gelenkteils. Die Schmiermittelverteilernut kann insbesondere einen rechteckigen Querschnitt, eine Trapezform, eine abgeschrägte Wand, eine T-Form und/oder eine Schwalbenschwanzform aufweisen. Eine Schmiermittelverteilernut nimmt insbesondere ein Schmiermittel auf. Durch den Hohlraum der Schmiermittelverteilernut wird insbesondere das Volumen des direkt zur Schmierung zur Verfügung stehenden Schmierstoffes des Gleitlagers festgelegt. Die Schmiermittelverteilernut ist insbesondere über mindestens eine Versorgungsbohrung zum Auffüllen des Schmiermittels in der Schmiermittelverteilernut verbunden.
Unter „mechanisch vorgefertigt“ wird insbesondere verstanden, dass das Gelenkteil mit konventionellen mechanischen Bearbeitungsverfahren, wie Umformen und Trennen, gefertigt wird und/oder wurde. Beim mechanischen Vorfertigen erfolgt das Fertigen beispielsweise frei von einem additiven Auftragen.
Eine „Schneidvorrichtung“ ist insbesondere eine Vorrichtung, mit welcher eine Nut in die Innenseite des Auges des mechanisch vorgefertigten Gelenkteils eingebracht wird. Bei einer Schneidvorrichtung kann es sich um ein Zerspanwerkzeug handeln. Eine Schneidvorrichtung ist beispielsweise ein Fräser, Bohrer und/oder Dreher. Bei einer Schneidvorrichtung handelt es sich insbesondere um ein Fräswerkzeug, welches ein rotierendes Zerspanwerkzeug zum Fräsen darstellt.
Unter „additivem Auftragen“ wird insbesondere das Aufbringen eines Gleitlagerwerkstoffes aus formlosen (Flüssigkeiten, Pulvern und/oder ähnlichen Stoffen) oder formneutralen (band- und/oder drahtförmigen) Materialien mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse auf das Auge des Gelenkteils verstanden. Beim additiven Auftragen wird insbesondere ein generatives und/oder additives Fertigungsverfahren wie Auftragsschweißen (Laser, Elektronenstrahl, Lichtbogen, Plasmastrahl oder andere Energiequellen), alle Pulverbettverfahren (Laserstrahl- und/oder Elektronenstrahlschmelzen) sowie alle anderen bekannten Additive-Manufacturing-Verfahren verstanden. Beim additiven Auftragen werden beispielsweise eine Schicht oder mehrere Schichten des Gleitlagerwerkstoffes auf das Auge des Gelenkteils aufgetragen und dadurch die Gleitlagerbuchse direkt auf das Auge des Gelenkteils aufgebracht. Bei dem additiven Auftragen handelt es sich insbesondere um ein urformendes Verfahren und dieses erfolgt auf Basis von rechnergestützten Datenmodellen. Das additive Auftragen wird dabei im 3D-Druck durchgeführt, wobei insbesondere Pulverbettverfahren, wie selektives Laserschmelzen und selektives Lasersintern, Freiraumverfahren, wie Auftragsschweißen, Metall-PulverAuftragsverfahren und/oder Elektronenstrahlschmelzen, Flüssigmaterialverfahren wie Liquid Composite Molding, und/oder andere Schichtbauverfahren, wie beispielsweise 3D-Siebdruck von Metallen, verwendet werden.
Als „Auftragsschweißen“ wird insbesondere ein Schweißen verstanden, bei dem ausschließlich durch das Verbindungsmaterial als Schweißzusatzstoff ein Volumenaufbau erfolgt. Beim Auftragsschweißen handelt es sich um ein Urformen, wodurch es sich von Verbindungsschweißen unterscheidet. Auftragsschweißen ist insbesondere ein Oberflächenauftrag des Gleitlagerwerkstoffes auf das Auge des Gelenkteils. Hierzu wird beispielsweise bei den Laserauftragsschweißen ein Laser mit hoher Leistung (beispielsweise Diodenlaser oder Faserlaser) als Wärmequelle verwendet. Das Laserauftragsschweißen kann insbesondere zum Erzeugen von Schichten und/oder freigeformten zwei- und/oder dreidimensionalen Strukturen der Gleitlagerbuchse eingesetzt werden.
Ein „Gleitlagerwerkstoff“ ist insbesondere dasjenige Material, welches mittels des additiven Auftragens auf das Auge des Gelenkteils aufgetragen wird. Hierbei kann ein Gleitlagerwerkstoff oder auch mehrere Gleitlagerwerkstoffe simultan aufgetragen werden. Beim additiven Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes erfolgt insbesondere ein Verbinden des Gleitlagerwerkstoffes mit dem Material des Auges des Gelenkteils und/oder einem weiteren Material oder Bauteil. Somit wird der Gleitlagerwerkstoff insbesondere als Verbindungsmaterial und zum Volumenaufbau der Gleitlagerbuchse verwendet. Bei dem Gleitlagerwerkstoff handelt es sich insbesondere um einen flüssigen oder festen Stoff. Bei einem festen Gleitlagerwerkstoff kann es sich um ein pulverförmiges, bandförmiges und/oder ein drahtförmiges Material handeln. Der Gleitlagerwerkstoff und somit die Gleitlagerbuchse weist insbesondere CuSn7Zn4Pb7-C, CuSn11Pb2-C und/oder eine Bronzelegierung mit oder ohne Bleianteil auf.
Unter „additives Auftragen auf das Auge“ des Gelenkteils wird insbesondere verstanden, dass der Gleitlagerwerkstoff direkt oder indirekt auf das Auge des Gelenkteils schichtweise aufgetragen wird. Hierbei wird der Gleitlagerwerkstoff insbesondere auf die Innenseite des Auges aufgetragen. Dadurch kann durch das additive Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes sowohl die Gleitlagerbuchse aufgebaut als auch die Einbringöffnung durch das zuvor erfolgte Einbringen der Schneidvorrichtung in eine Innenseite des Auges des Gelenkteils zum Einbringen der Nut verschlossen werden. Beim Schließen der Einbringöffnung bleibt der Hohlraum der Nut im Wesentlichen bestehen. Auch kann die Einbringöffnung durch ein anderes Material und/oder einen Körper im Wesentlichen verschlossen werden und der Gleitlagerwerkstoff auf dieses Material oder den Körper aufgetragen werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens weist der Gleitlagerwerkstoff ein Metall, eine Legierung und/oder mehrere Legierungen auf.
Dadurch können die Eigenschaften der Gleitlagerbuchse, wie die Eigenschaft der Reibfläche, die Notlaufeigenschaft, die Verschleißfestigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Tragfähigkeit gezielt eingestellt sowie der Gleitlagerwerkstoff und ein Schmierstoff aufeinander abgestimmt werden.
Als „Metall“ werden insbesondere chemische Elemente bezeichnet, deren Atome sich untereinander zu einer Kristallstruktur mit frei beweglichen Elektronen verbinden (metallische Bindung). Unter Metall werden hier insbesondere ein Schwermetall, Leichtmetall, Edelmetall, Unedelmetall und/oder Halbmetall verstanden. Ein Metall kann insbesondere in fester und/oder flüssiger Form vorliegen. Beispiele für Metalle sind Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom, Aluminium und Titan.
Unter einer „Legierung“ wird insbesondere ein makroskopisch homogener metallischer Werkstoff aus mindestens zwei Elementen (Komponenten) verstanden, von denen mindestens eine ein Metall ist und die gemeinsam das metalltypische Merkmal der Metallbindung aufweisen. Legierungen sind beispielsweise Eisen-Nickel (FeNi), Chrom-Nickel (CrNi) und Chrom-Nickel-Molybdän (CrNiMo). Beispielsweise kann der Gleitlagerwerkstoff Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung), Weißmetall (Blei-Zinn-Legierung), Aluminiumlegierungen und/oder Messinglegierungen aufweisen. Jedoch kann der Gleitlagerwerkstoff auch alternativ oder ergänzend Kunststoff, beispielsweise PTFE, und/oder Keramik aufweisen.
Um eine gleichmäßige Verteilung des Schmierstoffes zu erreichen, erfolgt das Einbringen der Nut mittig in die Innenseite des Auges.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nut zentral umlaufend in die Innenseite des Auges eingebracht wird.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird als Schneidvorrichtung eine Schaftschneidvorrichtung verwendet.
Somit wird eine präzise maschinelle Fertigung der Nut ermöglicht.
Eine „Schaftschneidvorrichtung“ ist insbesondere ein Werkzeug mit einer Schneidkante oder mehreren Schneidkanten zum Einbringen der Nut. Bei einer Schaftschneidvorrichtung handelt es sich insbesondere um ein rotierendes Fräswerkzeug, wie beispielsweise einen Schaftfräser. Ein Schaftfräser weist insbesondere einen integrierten Schaft auf, der in die Fräsaufnahme einer Maschine eingespannt wird.
Um eine größere Vertiefung und somit einen größeren Hohlraum zur Aufnahme eines Schmiermittels bereitzustellen, erfolgt nach Einbringen der Nut mittels der Schneidvorrichtung oder der Schaftschneidvorrichtung ein Einbringen einer Spanöffnung mittels einer Spanvorrichtung und anschließend ein Einfahren einer T-Nut-Schneidvorrichtung oder einer Schwalbenschwanz-Schneidvorrichtung in die Spanöffnung und die eingebrachte Nut, sodass eine T-förmige und/oder eine schwalbenschwanzförmige Schmiermittelverteilernut vorliegt.
Bei einer „Spanvorrichtung“ handelt es sich insbesondere um ein Zerspanungswerkzeug, wie beispielsweise einen Dreher, Fräser und/oder Bohrer.
Die „Spanöffnung“ ist insbesondere die Öffnung in der Innenseite des Auges des Gelenkteils, welche durch Einbringen der Spanvorrichtung entsteht. Insbesondere wird die Spanöffnung in die Einbringöffnung der Schneidvorrichtung und/oder der Schaftschneidvorrichtung eingebracht und ist somit größer als diese Einbringöffnung. Bei der Spanöffnung handelt es sich insbesondere um ein Bohrloch.
Eine „T-Nut-Schneidvorrichtung“ ist eine Schneidvorrichtung, welche eine T-Nut einbringt. Eine T-Nut-Schneidvorrichtung ist insbesondere ein T-Nut-Fräser.
Eine „Schwalbenschwanz-Schneidvorrichtung“ ist insbesondere eine Schneidvorrichtung, welche eine schwalbenschwanzförmige Nut erzeugt. Eine Schwalbenschwanz-Schneidvorrichtung ist insbesondere ein Schwalbenschwanz-Fräser.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Einbringöffnung der T-Nut-Schneidvorrichtung direkt als Schmierbohrung zur Schmiermittelverteilernut verwendet oder mittels eines Stopfens verschlossen, wobei zuvor in den Stopfen eine Querbohrung eingebracht wird.
Somit kann Schmiermittel aus der Schmiermittelverteilernut über die Schmierbohrung zum Innendurchmesser des Gleitlagers fließen und somit eine Schmierung der Kontaktfläche der Gleitlagerbuchse realisiert werden.
Alternativ wird die Einbringöffnung der T-Nut-Schneidvorrichtung mittels eines Stopfens verschlossen, wobei durch die Querbohrung des Stopfens das Schmiermittel von und zu der Schmiermittelverteilernut fließen kann.
Der Stopfen kann insbesondere konventionell mechanisch gefertigt und/oder mittels eines additiven und/oder generativen Verfahrens gefertigt sein. Der Stopfen kann aus dem Material des Gleitlagerwerkstoffes oder aus einem anderen Material bestehen. Dabei kann der Stopfen nicht nur ein Fertigungsteil, sondern auch ein Normteil sein.
Um ein Eintropfen und/oder Einsacken des Gleitlagerwerkstoffes beim additiven Auftragen zu verhindern, wird in die eingebrachte Nut ein Stützkörper derart eingelegt, dass ein Abstützen beim additiven Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes erfolgt.
Ein „Stützkörper“ ist insbesondere ein Bauteil, welches eine lasttragende und/oder formgebende Wirkung hat. Zur Fixierung des Stützkörpers in der Nut wird dieser in die Nut eingeklebt oder punktgeschweißt. Ein Stützkörper kann insbesondere denselben Werkstoff aufweisen wie die Gleitlagerbuchse oder das Gelenkteil. Der Stützkörper kann insbesondere beim additiven Auftragen und/oder Auftragsschweißen vollständig aufgeschweißt oder als Struktur zwischen dem Gelenkteil und der Gleitlagerbuchse beibehalten werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird oder werden als Stützkörper ein ebener metallischer Ring, ein metallischer Ring mit einer U-Form und/oder ein nicht-metallischer Stützwerkstoff verwendet.
Um ein Schließen der Einbringöffnung der Schneidvorrichtung, der Schaftschneidvorrichtung, der T-Nut-Schneidvorrichtung oder der Schwalbenschwanz-Schneidvorrichtung sowie der Spanöffnung der Spanvorrichtung zu erleichtern, erfolgt ein Einbringen einer Phase an einer oberen Kante der Nut derart, dass über die Fase eine Brückenbildung des Gleitlagerwerkstoffes beim additiven Auftragen erfolgt.
Eine „Fase“ ist insbesondere eine abgeschrägte Fläche an der oberen Kante der Nut. Dadurch kann der Gleitlagerwerkstoff auf die abgeschrägte Fläche der Nutkante aufgebracht und somit ein besserer Halt und eine Brückenbildung des Gleitlagerwerkstoffes erzielt werden.
Nach dem additiven Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes und somit nach dem Vorliegen der additiv gefertigten Gleitlagerbuchse des Gleitlagers mit einer integrierten Schmiermittelverteilernut, wird das Gleitlager insbesondere zum Erhöhen der Führungsgenauigkeit nachbearbeitet. Zum Nachbearbeiten wird insbesondere ein Schleifen und/oder Richten verwendet. Zudem kann das Gleitlager mittels einer Karusseldrehmaschine bearbeitet oder entsprechend gedreht werden. Insbesondere kleine Lager könnten zum Nachbearbeiten auch gefräst werden.
Insbesondere erfolgt ein Nachbearbeiten der inneren Gleitlagerschicht der Gleitlagerbuchse, um möglichst einen reibungsarmen Kontakt zum aufzunehmenden bewegten Bauteil zu realisieren.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Gleitlager mit einer integrierten Zentralschmierung, wobei das Gleitlager nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist.
Somit wird ein Gleitlager bereitgestellt, bei dem durch additives Auftragen gleichzeitig die Schmiermittelnut zur integrierten Zentralschmierung im Gelenkteil verschlossen und die Gleitlagerbuchse auf das Auge des Gelenkteils aufgebaut wird. Folglich kann die Form und Materialdicke des Gleitlagerwerkstoffes und die Steifigkeit und Belastbarkeit der Lagerung entsprechend den jeweiligen Anforderungen an das Gleitlager angepasst werden. Zudem ist das Gleitlager mit deutlich verkürzten Herstellungs- und Montageprozessen sowie mit geringerem Material- und Kostenaufwand herstellbar.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine stark schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einer einfachen Schmiermittelverteilernut,
2 eine stark schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einer Schmiermittelverteilernut in T-Form,
3 eine stark schematische Längsschnittdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einer Schmierverteilernut und einem Stopfen mit einer Durchgangsbohrung,
4 eine stark schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einer Schmierverteilernut in Schwalbenschwanzform,
5 eine stark schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einem Blechring in der Schmierverteilernut,
6 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einem Blechring in U-Form in der Schmierverteilernut,
7 eine stark schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einer Schmierverteilernut gefüllt mit Formsand und einer darüber angeordneten Folie, und
8 eine stark schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes eines Gleitlagers mit einer Schmierverteilernut gefüllt mit einem wasserlöslichen Stützmaterial und einer Versorgungsbohrung.

Vorliegend zeigen alle genannten Figuren einen Querschnitt oder einen Längsschnitt (3) durch das Auge eines Pleuels 103 mit einer additiv aufgetragenen Gleitlagerschicht 105 im Inneren des Auges. Somit stellt die jeweils gezeigte obere Kante der Gleitlagerschicht 105 eine Kontakt- und somit Reibfläche zur Aufnahme eines Kolbenbolzens dar.
Ein Gleitlager 101 weist ein Pleuel 103, eine Schmierverteilernut 107 und eine Gleitlagerschicht 105 auf. Zur Fertigung des Gleitlagers 101 mit einer einfachen Geometrie der Schmierverteilernut 107 ist mittels eines nicht gezeigten Schaftfräsers die Schmierverteilernut 107 in eine Innenseite eines Auges des Pleuels 105 eingebracht worden. Hierbei ist eine Tiefe der Schmiermittelverteilernut derart gewählt worden, dass diese ein ausreichendes Volumen aufweist, um eine entsprechende Schmiermittelreserve vorzuhalten. Zum Verschließen einer Einbringöffnung des Schaftfräsers an der Innenseite des Auges des Pleuels 103 und zum Aufbau der Gleitlagerschicht 105 ist eine Kupferlegierung (CuSn7Zn4PB7-C) in Form eines Drahtes durch Auftragsschweißen schichtweise auf die Innenseite des Auges des Pleuels 103 aus Baustahl (S235) aufgetragen worden, sodass das Gleitlager 101 mit einer einfachen Schmierverteilernut 107 vorliegt.
In einer Alternative weist ein Gleitlager 101 ein Pleuel 103 mit einer Schmiermittelverteilernut 109 in T-Form und einer Gleitlagerschicht 105 auf. Zum Fertigen des Gleitlagers 101 wird zunächst eine einfache Nut mit einem Schaftfräser in eine Innenseite des Auges des Pleuels 103 eingebracht. Anschließend wird mit einem nicht gezeigten Bohrer ein Loch gebohrt, in welches ein nicht gezeigter T-Nut-Fräser eingefahren wird. Daraufhin wird eine umlaufende T-Nut im Pleuel 103 gefertigt, wodurch eine größere Abstützung im Vergleich zur einfachen Schmierverteilernut erreicht wird. Anschließend wird durch Auftragsschweißen eines Gleitlagerwerkstoffes die Gleitlagerschicht 105 auf die Innenseite des Auges des Pleuels 103 aufgetragen und somit ein Hohlraum der T-Nut verschlossen. Alternativ wird die Einfahrbohrung des Bohrers direkt als Schmierbohrung zum Gleitlagerinnendurchmesser verwendet.
In eine weiteren Alternative wird eine Bohrung zum Ansetzen mit dem T-Nut-Fräser 111 mittels eines Verschlussstopfens 113 verschlossen, wobei der Verschlussstopfen 113 längsseitig eine Durchgangsbohrung 133 aufweist, sodass Schmiermittel umlaufend durch die Schmierverteilernut 109 in T-Form und die Durchgangsbohrung 133 fließen kann. Hierbei verschließt der Verschlussstopfen 113 die Bohrung 111 zum Ansetzen mit dem T-Nut-Fräser im Bereich des Pleuels 103. Nach Einbringen des Verschlussstopfens 113 wird durch Auftragsschweißen eines Gleitlagerwerkstoffes auf dem Verschlussstopfen 113 und die Innenseite des Auges des Pleuels 103 die Gleitlagerschicht 105 aufgebaut.
In einer Alternative weist das Gleitlagers 101 ein Pleuel 103 mit einer Schmiermittelverteilernut 115 in Schwalbenschwanzform und eine Gleitlagerschicht 105 auf. Zum Fertigen des Gleitlagers 101 wird zunächst mittels eines Schaftfräsers eine einfache Nut in eine Innenseite eines Auges des Pleuels 103 eingebracht. Anschließend wird mittels eines Bohrers ein Loch gebohrt, in welches ein Schwalbenschwanz-Fräser einfährt, welcher umlaufend eine Schmierverteilernut 115 in Schwalbenschwanzform einbringt. Anschließend wird eine Einbringöffnung des Schwalbenschwanz-Fräsers durch das schichtweise Auftragen eines Gleitlagerwerkstoffes verschlossen und gleichzeitig die Gleitlagerschicht 105 mehrschichtig aufgebaut.
In einer Alternative weist ein Gleitlager 101 ein Pleuel 103 mit einer Schmierverteilernut 107 und einem Blechring 117 in einer Einbringöffnung zur Schmierverteilernut 107 sowie eine Gleitlagerschicht 105 auf. Zum Fertigen des Gleitlagers 101 wird eine Schmierverteilernut 107 mittels eines nicht gezeigten Schaftfräsers in eine Innenseite eines Auges des Pleuels 103 gefertigt. Anschließend wird der Blechring 117, welcher aus demselben Werkstoff wie die Gleitlagerschicht 105 besteht, als Stützkörper in die Schmierverteilernut 107 im Bereich einer Einbringöffnung des Schaftfräsers im Pleuel 103 eingesetzt und durch Einkleben fixiert. Beim nachfolgenden Auftragsschweißen stützt Blechring 117 ein Schweißgut beim Auftragsschweißen zum Aufbau der Gleitlagerschicht 105 ab.
In einer Alternative des Gleitlagers 101 weist dieses ein Pleuel 103 mit einem Blechring 119 in U-Form und eine Gleitlagerschicht 105 auf. Zur Fertigung des Gleitlagers 101 ist wiederum mittels eines Schaftfräsers eine einfache Schmierverteilernut 107 in der Innenseite eines Auges des Pleuels 103 eingebracht worden. Anschließend wird ein Blechring 119 in U-Form in die Schmierverteilernut 107 eingelegt, wobei beide Beine der U-Form des Blechrings 119 einer Tiefe der Schmierverteilernut 107 entsprechen, sodass der Blechring 119 in U-Form sich bündig in der Schmierverteilernut 107 abstützt. Zur Fixierung ist der Blechring 119 in U-Form im Bereich der Einbringöffnung des Schaftfräsers am Pleuel 103 punktgeschweißt. Der Blechring 119 in U-Form weist hierbei einen Werkstoff des Pleuels 103 auf. Nach Fixieren des Blechrings 119 in U-Form in der Schmierverteilernut 107 wird mittels Auftragsschweißen eines Gleitlagerwerkstoffes die Gleitlagerschicht 105 den Blechring 119 in U-Form und auf die Innenseite des Auges des Pleuels 103 aufgebaut, sodass das gefertigte Gleitlager 101 vorliegt.
In einer Alternative des Gleitlagers 101 wird in die mittels des Schaftfräsers eingebrachte einfache Schmierverteilernut 107 ein Formsand 127 als nicht-metallischer Stützstoff eingefüllt, welcher im Bereich der Einbringöffnung des Schaftfräsers am Pleuel 103 mit einer abbrennbaren Folie 125 als Fertigungshilfe in der Schmierverteilernut 107 gehalten wird. Beim anschließenden Auftragsschweißen des Buchsenwerkstoffes 123 in Schweißrichtung 121 wird die Folie 125 mit aufgeschweißt und brennt ab, während der Formsand 127 gegenüber einer Schweißtemperatur des Buchsenwerkstoffes 123 beständig ist. Nach vollendetem Aufbau der Gleitlagerschicht 105 wird der Formsand 127 über eine nicht gezeigte Versorgungsbohrung ausgespült.
In einer Alternative weist das Gleitlager 101 ein Pleuel 103, eine Schmierverteilernut 107 mit einem wasserlöslichen Stützmaterial 129 und einer Versorgungsbohrung 131 im Pleuel 103 sowie eine Gleitlagerschicht 105 auf. Nach Einbringen einer einfachen Schmierverteilernut 107 mittels eines Schaftfräsers und einer Versorgungsbohrung 131 mittels eines nicht gezeigten Bohrers, welche in einer Verbindung zur Schmierverteilernut 107 steht, wird ein wasserlösliches Stützmaterial in die Schmierverteilernut 107 eingefüllt. Beim nachfolgenden Auftragsschweißen des Gleitlagerwerkstoffes auf die Innenseite des Auges des Pleuels 103 wird das wasserlösliche Stützmaterial überschweißt. Nachdem die Gleitlagerschicht 105 vollständig durch Auftragsschweißen ausgeformt ist, wird das wasserlösliche Stützmaterial 129 durch die Versorgungsbohrung 131 mit Wasser ausgespült. Später wird die Versorgungsbohrung 131 zum Nachfüllen von Schmiermittel zu der Schmierverteilernut 107 verwendet.
Somit werden verschiedene Varianten eines Gleitlagers 101 bereitgestellt, bei denen durch Einbringen einer Schmierverteilernut in das Pleuel spezielle geometrische Formen der Schmierverteilernut und somit einer Aufnahmekapazität an Schmiermittel realisiert werden. Je nach Ausführung des additiven Auftragens der Gleitlagerschicht und Art des aufgetragenen Gleitlagerwerkstoffes werden gleichzeitig bestimmte Eigenschaften, wie das Tragverhalten, Verschleißresistenz und Schmiereigenschaft, des Gleitlagers eingestellt.
Bezugszeichenliste

101: Gleitlager
103: Pleuel
105: Gleitlagerschicht
107: Schmierverteilernut
109: Schmierverteilernut in T-Form
111: Bohrung zum Ansetzen mit T-Nut-Fräser
113: Verschlussstopfen
115: Schmierverteilernut in Schwalbenschwanzform
117: Blechring
119: Blechring in U-Form
121: Schweißrichtung
123: Buchsenwerkstoff
125: Folie
127: Formsand
129: wasserlösliches Stützmaterial
131: Versorgungsbohrung
133: Durchgangsbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017112433 A1 [0004]
DE 102013218344 A1 [0006]
WO 2014/128196 A2 [0006]
DE 102016109299 A1 [0007]
WO 2017/198253 A1 [0007]
DE 102012222176 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Fertigen eines Gleitlagers (101) mit einem Gelenkteil (103), einer Gleitlagerbuchse (105) und einer integrierten Schmiermittelverteilernut (107), wobei das Gelenkteil mechanisch vorgefertigt wird und ein Auge aufweist, mit folgenden Schritten: - Einbringen mindestens einer Nut in eine Innenseite des Auges des mechanisch vorgefertigten Gelenkteils mittels einer Schneidvorrichtung, sodass eine Schmiermittelverteilernut im Gelenkteil vorliegt, und - Additives Auftragen eines Gleitlagerwerkstoffes auf das Auge des Gelenkteils zum Aufbau der Gleitlagerbuchse und/oder zum Schließen einer Einbringöffnung der Schneidvorrichtung im Gelenkteil, sodass das gefertigte Gleitlager mit einer additiv gefertigten Gleitlagerbuchse und einer integrierten Schmiermittelverteilernut vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerwerkstoff ein Metall, eine Legierung und/oder mehrere Legierungen aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Nut mittig in die Innenseite des Auges erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schneidvorrichtung eine Schaftschneidvorrichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einbringen der Nut mittels der Schneidvorrichtung oder der Schaftschneidvorrichtung ein Einbringen einer Spanöffnung mittels einer Spanvorrichtung und anschließend ein Einfahren einer T-Nut-Schneidvorrichtung und/oder einer Schwalbenschwanz-Schneidvorrichtung in die Spanöffnung und die eingebrachte Nut erfolgt, sodass eine T-förmige und/oder eine schwalbenschwanzförmige Schmiermittelverteilernut (109, 115) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einbringöffnung der T-Nut-Schneidvorrichtung direkt als Schmierbohrung zur Schmiermittelverteilernut verwendet oder mittels eines Stopfens (113) verschlossen wird, wobei zuvor in den Stopfen eine Querbohrung (133) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die eingebrachte Nut ein Stützkörper (117, 119) derart eingelegt wird, dass ein Abstützen beim additiven Auftragen des Gleitlagerwerkstoffes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützkörper ein ebener metallischer Ring (117), ein metallischer Ring mit einer U-Form (119) und/oder ein nicht-metallischer Stützwerkstoff (127) verwendet wird oder werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Einbringen einer Fase an einer oberen Kante der Nut derart, dass über die Fase eine Brückenbildung des Gleitlagerwerkstoffes beim additiven Auftragen erfolgt.
Gleitlager (101) mit einer integrierten Zentralschmierung, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gefertigt ist.