DE102021110359A1

DE102021110359A1 - Lagerteil für ein Gleitlager, Lagerschale, Gleitlager, Maschine, Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils für ein Gleitlager

Info

Publication number: DE102021110359A1
Application number: DE102021110359.2A
Authority: DE
Inventors: Valentin Hagel; Christian Immenke; Thomas Kottke; Miroslav Marinovic; Horst Weidele; Gunther HAGER
Original assignee: Miba Gleitlager Austria GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Current assignee: Miba Gleitlager Austria GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-10-27
Also published as: WO2022223794A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lagerteil (100) für ein Gleitlager (1000) mit einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140),insbesondere Lagerschale (102) mit Gleitschicht (140) auf einem Grundkörper (120.1) oder drehendes Bauteil (1002) mit Kontaktschicht (140.2) auf einem Drehkörper (120.2), wobeisich die Lagerschicht (140) als Bahn über einen Basiskörper (120) erstreckt und zu einem zwischen zwei Lagerteilen (100) gebildeten Strömungsspalt (200) gerichtet ist,dadurch gekennzeichnet, dass- die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162) in der Lagerschichtoberfläche (142) der Lagerschicht (140) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagerteil für ein Gleitlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Lagerschale, ein Gleitlager, eine Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils für ein Gleitlager.
Lagerteile für ein Gleitlager, insbesondere Lagerschalen und/oder drehende Bauteile wie Wellen, und Gleitlager, sind allgemein bekannt. Um einen effizienten und zuverlässigen Betrieb zu erreichen, wird eine möglichst gleichmäßige und ausreichende Verteilung von Fluiden, insbesondere Schmiermittel, zwischen den Kontaktflächen von sich relativ zueinander bewegenden Lagerteilen angestrebt.
Eine zu hohe Druckbelastung an Kontaktflächen, insbesondere bei einer unzureichenden Schmierung, kann zu erhöhter mechanischer Beanspruchung, verbunden mit tribologischen Schadmechanismen, wie z. B. Reibkorrosion, führen.
Es ist bekannt, Vertiefungen oder Löcher in die Oberflächen von Gleitflächen einzubringen, um Schmiermittel in den Vertiefungen lokal vorzuhalten oder Abriebpartikel aufzunehmen.
Beispielsweise beschreibt DE 2 234 428 Verfahren zur Verbesserung der Reibungs- und Verschleißeigenschaften zweier sich vorzugsweise oszillierend gegeneinander bewegender Flächen, von denen mindestens eine metallisch ist, wobei in der Reibungszone dicht beieinanderliegende Hohlräume zur Aufnahme von Verschleißprodukten angeordnet werden.
Des Weiteren ist eine präzise und wirtschaftliche Herstellung von Gleitlagern, insbesondere der Lagerteile wie insbesondere Lagerschalen oder drehender Bauteile wie z.B. Wellen, anzustreben. Dies betrifft insbesondere das Erreichen der benötigten Form- und Oberflächentoleranzen. Hier haben sich neben klassischen zerspanenden Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Schleifen auch neue Fertigungsverfahren, beispielsweise elektrochemische oder optothermische Verfahren wie Laserbearbeitung, durchgesetzt.
So beschreibt beispielsweise DE 10 2012 104 817 A1 ein Verfahren zum Bearbeiten rotationssymmetrischer Lagerstellen, insbesondere an einer Kurbelwelle, mittels elektrochemischem Ätzen, bei dem während der Bearbeitung der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück abwechselnd mittels Vibration größer und kleiner wird, insbesondere mittels Vibration des Werkzeuges, und/oder die Spannungsbeaufschlagung oder Strombeaufschlagung des Werkzeuges pulsiert.
Gleitlager sind jedoch weiter verbesserungswürdig. Insbesondere wäre es wünschenswert, die Gleiteigenschaften eines Gleitlagers weiter zu optimieren.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, die Gleiteigenschaften eines Gleitlagers weiter zu optimieren, vorteilhaft unter Berücksichtigung einer wirtschaftlichen Herstellung des Gleitlagers.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Lagerteil gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung geht aus von einem Lagerteil für ein Gleitlager mit einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht,
insbesondere Lagerschale mit Gleitschicht auf einem Grundkörper oder drehendes Bauteil mit Kontaktschicht auf einem Drehkörper, wobei
sich die Lagerschicht als Bahn über einen Basiskörper erstreckt und zu einem zwischen zwei Lagerteilen gebildeten Strömungsspalt gerichtet ist.
Erfindungsgemäß ist bei dem Lagerteil vorgesehen, dass die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht eine Anzahl von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt erzeugenden Stauungsmerkmal aufweist, das als eine in den Strömungsspalt hineinragende Erhebung in der Lagerschichtoberfläche der Lagerschicht ausgebildet ist.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass generell ein Anordnen von Merkmalen auf der Lagerschicht und eine daraus resultierende Strukturierung der Lagerschicht Vorteile bringt hinsichtlich der Tragfähigkeit und des Verschleißverhaltens des Gleitlagers.
Dabei schließt die Erfindung die Erkenntnis ein, dass ein Merkmal in Form einer Erhebung, die in den Strömungsspalt hineinragt, insbesondere im Vergleich mit einer Vertiefung, als Hindernis für ein im Strömungsspalt strömendes Fluid wirkt, das heißt einen fluidischen Widerstand erzeugt. Eine Erhebung hat somit eine lokale Aufstauung des Fluids, insbesondere in Strömungsrichtung vor dem Stauungsmerkmal, zur Folge. Hierdurch kommt es vorteilhaft zu einer Erhöhung der Stärke der Fluidschicht und/oder zu einer lokalen Druckerhöhung des Fluids.
Des Weiteren kann das Stauungsmerkmal zusätzlich auch - unabhängig von einer Bewegung des Gleitlagers - Fluid, insbesondere Schmiermittel, vom Abfließen hindern und somit zu einer weiteren Stabilisierung eines Schmierfilms führen.
Ein erfindungsgemäßes Lagerteil führt somit vorteilhaft zu einem dickeren Gleitfilm, und folglich zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit und/oder zu einer Verringerung der Reibkräfte im Gleitlager. Das Gleitlager wird effektiver, was z.B. bei Brennkraftmaschinen eine Erhöhung des Wirkungsgrades, Verbrauchs- und CO₂-Reduktion zur Folge hat.
Erhebung bedeutet im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass der größere Flächenanteil der Lagerschichtoberfläche in einer Grundebene liegt, und nur vereinzelte Flächenanteile, insbesondere ein Flächenanteil von weniger als 45 %, bevorzugt weniger als 30 %, besonders bevorzugt weniger als 15 % der Lagerschichtoberfläche in Form von Erhebungen in den Strömungsspalt hineinragen.
Die Lagerschicht kann vorteilhaft aus einem, für einen gleitenden Kontakt geeigneten, Material gebildet sein, insbesondere einem Metall wie z.B. einem Weißmetall auf Blei- und / oder Zinnbasis, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, oder anderen Materialen wie einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. Die Lagerschicht ist insbesondere auf einem Basiskörper des Lagerteils angeordnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal eine geometrische Form aufweist. Insbesondere kann das Stauungsmerkmal eine in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Fluids im Strömungsspalt angepasste Form aufweisen, um eine flächen- und/oder dickenmäßig möglichst große Stauung des Fluids zu erreichen. Vorteilhaft weisen sämtliche Stauungsmerkmale der Anzahl eine gleiche Merkmalshöhe auf.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal zudem eine sich von dem Strömungsspalt weg erstreckende Vertiefung aufweist. Eine derartige Vertiefung kann insbesondere fertigungstechnisch bedingt sein, insbesondere bei einer volumenänderen Materialbearbeitung zur Erzeugung des Stauungsmerkmals in der Lagerschicht. Eine Vertiefung kann den Effekt vorteilhaft verstärken, dass das Fluid, insbesondere Schmiermittel, vom Abfließen gehindert wird und somit länger am Ort des Stauungsmerkmals verbleibt, wodurch die Stärke bzw. Dicke des Fluids vorteilhaft verstärkt werden kann.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal in oder auf der Gleitschicht angeordnet ist oder mittels des Verlaufs der Gleitschicht gebildet ist.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Zwischenschicht vorgesehen, insbesondere eine Lager-Zwischenschicht oder eine Bauteil-Zwischenschicht, die in radialer Richtung an einer von dem Strömungsspalt abgewandten Seite der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht angeordnet und von dieser unterscheidbar ist. Eine Zwischenschicht bietet eine vorteilhafte radiale Pufferzone, derart, dass es nach einem Verschleiß der Gleitschicht noch nicht zu einem Kontakt zwischen dem drehenden Bauteil und dem Basiskörper des Lagerteils kommt. Durch eine Zwischenschicht kann bei einem vollständigen Verschleiß der Gleitschicht an mindestens einer Stelle vorteilhaft das Risiko eines erheblichen Schadens im Basiskörper, beispielsweise durch ein Fressen des Lagers, verhindert werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf dem Basiskörper und/oder auf der Zwischenschicht ein Basismerkmal angeordnet ist zur Erzeugung des Stauungsmerkmals in der Lagerschicht. Vorteilhaft ist das Stauungsmerkmal in Form eines Basismerkmals auf der Zwischenschicht oder auf dem Basiskörper eingebracht, derart, dass sich - insbesondere nach Aufbringen der Lagerschicht - an der Stelle des Basismerkmals ein Stauungsmerkmal in der Lagerschicht ergibt. Vorteilhaft entspricht die Anzahl der Basismerkmale in dem Lagerteil der Anzahl der Stauungsmerkmale. Vorteilhaft ist das Basismerkmal eine BasisErhebung, sodass in der Lagerschicht eine Erhebung resultiert.
Die Lagerschicht hat vorteilhaft eine Dicke bzw. Stärke, die im Vergleich zu einer Basismerkmalshöhe gering genug ist, dass sich in der Lagerschicht das Stauungsmerkmal ergibt. Vorteilhaft entspricht die Basismerkmalshöhe des Basismerkmals im Wesentlichen der Merkmalshöhe des Stauungsmerkmals. Vorteilhaft hat die Merkmalshöhe und/oder die Basismerkmalshöhe einen Wert zwischen 5 µm und 100 µm. Vorteilhaft erstreckt sich die Lagerschicht durchgängig über den Basiskörper einschließlich der Basismerkmale oder die Zwischenschicht einschließlich der Basismerkmale. Weiterbildungen, bei denen die Stauungsmerkmale mittels Basismerkmalen erzeugt werden, haben den Vorteil, dass die Lagerschicht durchgängig ist, mit anderen Worten keine lokalen Unterbrechungen, Löcher oder dergleichen Stellen aufweist, die zu einer strukturellen Schwächung der Lagerschicht führen würden. Somit kann eine Tragfähigkeit der Lagerschicht ermöglicht werden, insbesondere Stellen der Lagerschicht, die aufgrund eines Kontakts mit einem anderen Lagerteil stärker beansprucht werden. Insbesondere an solchen Stellen sind Stauungsmerkmale zur Verbesserung der Gleiteigenschaften, insbesondere durch Erhöhung einer Schmierfilmdicke, vorgesehen, weshalb eine erhöhte Tragfähigkeit an diesen Stellen besonders vorteilhaft ist. Dies ist insbesondere, aber nicht nur, bei hochbeanspruchten Gleitlagern vorteilhaft, beispielsweise bei Grundlagern von Kurbelwellen in großen Brennkraftmaschinen.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht als ringförmig geschlossene Bahn über den Basiskörper erstreckt.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Lagerteil, insbesondere die Lagerschale, zumindest teilweise aus einem der folgenden Materialen hergestellt ist: Stahl, Zinn, Bronze, AlSn-Legierung, Sn, AlSn, SnCu, PbSn, PbCu, Polymer, Messing, Messing, Peak, PEEK oder Composite-/Verbundmaterial.
Vorteilhaft weist das Lagerteil und/oder das Gleitlager einen Basiskörper aus Stahl auf. Vorteilhaft weist das Lagerteil und/oder das Gleitlager eine Zwischenschicht aus Zinn, Bronze oder einer AlSn-Legierung auf. Vorteilhaft weist das Lagerteil und/oder das Gleitlager eine Lagerschicht aus Zinn (Sn), einer Aluminiumlegierung, insbesondere AlSn, einer Zinnlegierung, insbesondere SnCu, einer Bleilegierung, insbesondere PbSn oder PbCu, und/oder einem Polymer auf. Auch die Verwendung von Feststoffen (Solid Materialen) aus Messing, AlSn-Legierungen, Peak, Polyetheretherketon (PEEK) und Composite Materialien, insbesondere in der Lagerschicht und/oder der Zwischenschicht, ist möglich. Polyetheretherketon (PEEK) zeichnet sich vorteilhaft aus durch eine sehr hohe Temperatur- und Wärmeformbeständigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Kriechfestigkeit, eine gute chemische Hydrolysebeständigkeit, eine gute Verschleißfestigkeit, gute Gleiteigenschaften und hohe Dimensionsstabilität. Vorteilhaft kann PEEK daher als Werkstoff in der Lagerschicht und/oder in der Zwischenschicht eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist die Lagerschicht als eine Beschichtung aufgebracht. Vorteilhaft wird die Lagerschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie zum Beispiel Galvanik, PVD, CVD oder einem Spray-Verfahren, hergestellt. Vorteilhaft kann das Lagerteil unterschiedliche Schichten, insbesondere Basiskörper, Zwischenschicht und/oder Lagerschicht, aus unterschiedlichen Materialen aufweisen. Das Lagerteil bzw. das Lager ist insofern als ein Mehrstofflagerteil bzw. Merhstofflager ausgebildet.
Vorteilhaft weist die Lagerschicht eine Schichtdicke zwischen 5 µm und 50 µm, besonders vorteilhaft zwischen 10 µm und 30 µm, auf; dies trifft bevorzugt zu für ein beschichtetes Lagerteil bzw. Lager, bei dem die Lagerschicht eine Beschichtung ist, die mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie zum Beispiel Galvanik, PVD, CVD oder einem Spray-Verfahren hergestellt ist.
Vorteilhaft weist die Zwischenschicht eine Schichtdicke zwischen 100 µm und 4 mm, besonders vorteilhaft zwischen 200 µm und 2 mm, auf.
Vorteilhaft weist der Basiskörper eine Schichtdicke zwischen 1 mm und 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 mm und 20 mm auf, oder ist als Drehkörper durchgängig, insbesondere als Vollwelle mit einem Durchmesser, ausgebildet.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal linienförmig ist. Dies bedeutet insbesondere, dass sich das Stauungsmerkmal linienförmig über die Oberfläche des Lagerteils erstreckt. Vorteilhaft ist das Stauungsmerkmal quer zu einer Laufrichtung des Gleitlagers angeordnet. Vorteilhaft weist das Lagerteil Basismerkmale, insbesondere Basiserhebungen, mit einer korrespondierenden, ebenfalls linienförmigen Ausbildung auf. Die Linienform kann vorteilhaft als Gerade ausgebildet sein. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Linienform als V-Form aus zwei unter einem Winkel aufeinander zulaufenden Teilgeraden gebildet sein. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Linienform als wellenförmige Linie gebildet sein. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Linienform als Zick-Zack-Linie gebildet sein.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Anzahl von mindestens einem Stauungsmerkmal in einem wiederkehrenden Muster angeordnet ist, insbesondere äquidistant über einen Umfang des Basiskörpers angeordnet ist. Insbesondere kann ein Muster mindestens ein Teilmuster und/oder mindestens einen Unterbrechungsbereich aufweisen. Durch Teilmuster kann in bestimmten Bereichen des Lagerteils, insbesondere Bereichen mit zu erwartender höherer Beanspruchung, eine größere Anzahl bzw. eine höhere Dichte von Stauungsmerkmalen zur lokalen Verbesserung der Gleiteigenschaften vorgesehen werden. Ein Unterbrechungsbereich weist kein Stauungsmerkmal auf. Teilmuster können vorteilhaft abwechselnd mit Unterbrechungsbereichen angeordnet sein.
Das drehende Teil ist vorteilhaft durch eine Welle mit einer Wellenoberfläche als Kontaktoberfläche gebildet.
Die Erfindung führt in einem zweiten Aspekt auf ein Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das in Form einer Lagerschale gebildet ist, die insbesondere ausgebildet ist für ein Gleitlager.
Die Erfindung führt in einem dritten Aspekt auf ein Gleitlager, insbesondere für ein Lager, vorzugsweise Grundlager, Hauptlager oder Pleuellager, zur Lagerung einer Welle einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Lagerung einer Kurbelwelle oder Nockenwelle, aufweisend mindestens ein Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Vorzugsweise weist das Gleitlager in einer Weiterbildung ein oder mehrere Lagerteile auf, und

- ein erstes Lagerteil ist ausgebildet als eine Lagerschale mit einem als Grundkörper ausgebildeten Basiskörper und einer zur Aufnahme eines drehenden Bauteils ausgebildeten Gleitschicht, wobei die Gleitschicht sich als Bahn über den Grundkörper erstreckt und eine zu einem drehenden Teil gerichtete Gleitschichtoberfläche ausgebildet ist und/oder
- ein zweites Lagerteil ist ausgebildet als ein drehendes Bauteil, insbesondere die Welle, aufweisend eine Kontaktoberfläche und eine darunterliegende Kontaktschicht, wobei die Kontaktschicht sich als Bahn über einen als Drehkörper ausgebildeten Basiskörper erstreckt und die Kontaktoberfläche zur Lagerschale gerichtet ist, und wobei
- zwischen der Kontaktoberfläche und der Gleitschichtoberfläche ein Strömungsspalt ausgebildet ist.

Bei dem Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt oder der oben genannten Weiterbildung ist insbesondere vorgesehen, dass

- die Lagerschale eine Anzahl von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt erzeugenden Stauungsmerkmal aufweist, das als eine in den Strömungsspalt hineinragende Erhebung, insbesondere in der Gleitschichtoberfläche der Gleitschicht, ausgebildet ist, und/oder
- das drehende Bauteil eine Anzahl von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt erzeugenden Stauungsmerkmal aufweist, das als eine in den Strömungsspalt hineinragende Erhebung, insbesondere in der Kontaktoberfläche der Kontaktschicht, ausgebildet ist.

Vorteilhaft ist das Gleitlager als rotierendes Gleitlager ausgebildet; also zur Lagerung eines rotierenden Bauteils wie einer Welle oder dergleichen.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann das Gleitlager in andere Weise oder Bauart ausgebildet sein, beispielsweise als Lineargleitlager; also zur Lagerung eines linear bewegbaren Bauteils wie eines Schlittens oder dergleichen.
Vorteilhaft ist das Gleitlager als Mehrstofflager ausgebildet. Ein Mehrstofflager ist aus mehr als einem Material gebildet und weist insbesondere Schichten aus unterschiedlichen Materialien auf.
Die Erfindung führt in einem vierten Aspekt auf eine Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine oder elektrische Maschine oder Getriebe, mit einem Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder einem Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.
In einer Weiterbildung der Maschine ist vorgesehen, dass die Maschine eine Brennkraftmaschine ist mit einer Kurbelwelle und mindestens einem Grundlager zum drehbaren Lagern der Kurbelwelle, und

- insbesondere mit einer Nockenwelle und einem Nockenwellenlager, wobei
- das Grundlager und/oder das Nockenwellenlager ausgebildet ist als Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.

Die Erfindung führt in einem fünften Aspekt auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils für ein Gleitlager, insbesondere einer Lagerschale oder eines drehenden Bauteils, aufweisend die Schritte:

- Bereitstellen eines Basiskörpers,
- Auftragen einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht, insbesondere durch Sputtern.

Bei dem Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ist der Schritt vorgesehen:

- Einbringen eines Stauungsmerkmals, das ausgebildet ist zum Erzeugen eines fluidischen Widerstands in einem Strömungsspalt des Gleitlagers.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vor dem Auftragen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht der Schritt vorgesehen:

- Auftragen einer Zwischenschicht auf den Basiskörper.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass

- zur Erzeugung des Stauungsmerkmals ein Basismerkmal auf den Basiskörper oder die Zwischenschicht eingebracht wird, wobei insbesondere
- das Einbringen eines Stauungsmerkmals vor dem Auftragen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht erfolgt.

Das Einbringen des Stauungsmerkmals oder des Basismerkmals erfolgt vorteilhaft durch eine volumenändernde Materialbehandlung, bevorzugt über einen instantanen Wärmeeintrag, d.h. eine instantane thermische Materialbehandlung. Besonders bevorzugt erfolgt eine instantane thermische Materialbehandlung mittels Laser, bevorzugt auf die Zwischenschicht oder den Basiskörper. Für die volumenändernde thermische Materialbehandlung kann ein Auf- oder Anschmelzen des Materials erfolgen; dies ist aber nicht notwendigerweise erforderlich, es kann ausreichend sein, die atomare und/oder kristalline Struktur des Materials durch Erwärmung zu beeinflussen.
Es soll verstanden werden, dass das Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die Lagerschale gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, das Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, die Maschine gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung und das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird für die Weiterbildung eines Aspekts der Erfindung auch auf die Weiterbildungen der anderen Aspekte der Erfindung verwiesen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1A ein Gleitlager mit einer ersten Ausführungsform eines Lagerteils gemäß dem Konzept der Erfindung in Form einer Lagerschale in einer Querschnittsansicht,
1B eine schematische Darstellung des in 1A gekennzeichneten Details X,
2A eine weitere Darstellung der ersten Ausführungsform,
2B eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils,
2C eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils,
3A eine Querschnittsansicht eines möglichen Stauungsmerkmals oder Basismerkmals, in Form einer Erhebung oder Basiserhebung,
3B eine Querschnittsansicht eines möglichen Stauungsmerkmals oder Basismerkmals, mit einer Vertiefung,
3C eine Querschnittsansicht eines möglichen Stauungsmerkmals oder Basismerkmals, mit zwei Vertiefungen,
4A, 4B, 4C, 4D, 4E jeweils eine schematische Ansicht eines Musters von Stauungsmerkmalen,
5 in schematischer Darstellung den Ausschnitt einer Maschine in Form einer Brennkraftmaschine, aufweisend mehrere Gleitlager mit einem Lagerteil gemäß dem Konzept der Erfindung, vorliegend als rotierendes Gleitlager ausgebildet; also zur Lagerung eines rotierenden Bauteils wie einer Welle oder dergleichen,
6 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Weiterbildung eines Gleitlagers in Form eines Lineargleitlagers, also zur Lagerung eines linear bewegbaren Bauteils wie eines Schlittens oder dergleichen.

1A zeigt ein Gleitlager 1000 in einer Querschnittsansicht, mit einem Lagerteil 100 gemäß dem Konzept der Erfindung in Form einer Lagerschale 102. Zur besseren Übersicht ist lediglich die obere Hälfte des Querschnitts dargestellt. In der Lagerschale 102 des Gleitlagers 1000 ist ein weiteres Lagerteil 100 in Form eines drehenden Bauteils 1002, hier in Form einer Welle 1004, unter Ausbildung eines Strömungsspalts 200 zwischen der Lagerschale 102 und dem drehenden Bauteil 1002 drehbar aufgenommen. Die Welle 1004 kann insbesondere als Kurbelwelle 4002 einer Brennkraftmaschine 4000 ausgebildet sein. Gleichwohl können auch andere drehende Bauteile 1002 in einem Gleitlager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung aufgenommen werden. Durch die drehbare Lagerung der Welle 1004 kann sich diese in einer Rotation R relativ zur Lagerschale 100 drehen. Die Rotation R bestimmt eine Laufrichtung LR des Gleitlagers 1000. Die Laufrichtung LR beschreibt vorteilhaft die Richtung der Relativbewegung zwischen zwei Lagerteilen 100, insbesondere zwischen einer Lageschale 102 und einem drehenden Bauteil 1002.
In 1A ist ein vorteilhafter schichtweiser Aufbau der Lagerschale 102 sichtbar. Ausgehend vom Strömungsspalt 200 in einer radialen Richtung RR ist eine zum lagernden Gleiten ausgebildete Lagerschicht 140 in Form einer Gleitschicht 140.1, anschließend eine Zwischenschicht 130 und schließlich ein Basiskörper 120 in Form eines Grundkörpers 120.1 angeordnet. Die Gleitschicht 140.1 und die Lager-Zwischenschicht 130.1 erstrecken sich jeweils als Bahn über den Grundkörper 120.1. In anderen Ausführungsformen ist eine Anordnung einer Gleitschicht 140.1 direkt auf den Grundkörper 120.1 möglich. Die Zwischenschicht 130, insbesondere die Lager-Zwischenschicht 130.1, kann insbesondere in einem Mehrstofflager auch als Lagermetall bezeichnet werden.
Die Gleitschicht 140.1 ist aus einem, für eine gleitende Aufnahme der Welle 1004 geeigneten, Material gebildet, insbesondere einem Weißmetall auf Blei- und/oder Zinnbasis, Zinn, einer Aluminiumlegierung wie z. B. AlSn, einer Kupferlegierung, einer Zinnlegierung wie z.B.SnCu, einer Bleilegierung wie z. B. PbSn oder PcCu, einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. Zwischen der Welle 1004 und der Laufzone 140 im Strömungsspalt 200 ist vorteilhaft ein Schmierfilm 202 angeordnet.
Für das weitere Lagerteil 100 in Form des drehenden Bauteils 1002 ergibt sich in entgegengesetzter Richtung der radialen Richtung RR ein Schichtaufbau aus einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht 140 in Form einer Kontaktschicht 140.2, mit einer zum Strömungsspalt 200 hin gerichteten Lagerschichtoberfläche 142 in Form einer Kontaktoberfläche 142.2, und einem unterhalb der Kontaktschicht 140.2 liegenden Basiskörper 120 in Form eines Drehkörpers 120.2. In der gezeigten Ausführungsform weist das drehende Bauteil 1002 keine Zwischenschicht 130 in Form einer Bauteil-Zwischenschicht auf. In anderen Ausführungsformen ist dies jedoch ohne weiteres möglich. Genauso kann in anderen Ausführungsformen ohne weiteres eine Lagerschale 102 ohne Lager-Zwischenschicht 130.1 vorgesehen werden.
Das in 1A sichtbare Detail X ist in 1B vergrößert, aber schematisch und insbesondere nicht maßstäblich dargestellt. Insbesondere ist hier der - zwischen der Gleitschichtoberfläche 142.1 der Lagerschale 102 und der Kontaktoberfläche 142.2 des drehenden Bauteils 1002 liegende - Strömungsspalt 200 sichtbar.
Die Gleitschicht 140 weist vorliegend eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, von denen eines in 1B beispielhaft gezeigt ist. Das Stauungsmerkmal 160 ist als eine in den Strömungsspalt 200 hineinragende Erhebung 162 ausgebildet. Durch das Hineinragen in den Strömungsspalt 200 ist das Stauungsmerkmal 160 zum Erzeugen eines fluidischen Widerstandes im Strömungsspalt 200 ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass das Stauungsmerkmal 160 ein Hindernis für durch den Strömungsspalt 200 strömende Fluide 201 darstellt. Derartige Fluide 201 können insbesondere durch Luft 222 oder Schmiermittel 224 gebildet sein. Ein Schmiermittel 224 kann vorteilhaft in Form eines Schmierfilms 202 auf der Gleitschichtoberfläche 142.1 und/oder der Kontaktoberfläche 142.2 vorliegen. Durch die in 1B angezeigte Bewegung der Rotation R des drehenden Bauteils 1002 bewegen sich im Strömungsspalt 200 befindliche Fluide 201 ebenfalls in die durch R gekennzeichnete Richtung, wodurch tendenziell ein Anstauen des Fluids, insbesondere des Schmierfilms 202, in Form einer Anstauung 204 in dieser Richtung R vor dem Stauungsmerkmal 160 erfolgt, in der 1B somit links von der Erhebung 162.
Alternativ oder zusätzlich, insbesondere in Abhängigkeit der Ausrichtung des Stauungsmerkmals 160 im Schwerefeld G der Erde kann durch ein Stauungsmerkmal 160, insbesondere eine Erhebung 162, ein Abfließen des Schmierfilms 202 erschwert oder sogar verhindert werden, um Schmiermittel 224 vorteilhaft in dem Bereich des Stauungsmerkmals 160 zu halten. Das Stauungsmerkmal 160, hier die Erhebung 162, weist eine Merkmalshöhe MH im Bereich von 5 µm bis 100µm auf, mit der sich die Erhebung 162 in den Strömungsspalt 200 erstreckt.
Das Stauungsmerkmal 160 ist vorteilhaft linienförmig ausgebildet, wobei das in 1B dargestellte Stauungsmerkmal 160 im Querschnitt dargestellt ist, indem die Linie senkrecht zur Zeichenebene der Figur verläuft.
2A zeigt in Anlehnung der Darstellungsweise von 1B noch einmal allgemein einen möglichen Schichtaufbau eines Lagerteils 100. Die in 2A, 2B und 2C gezeigten Lagerteile 100, 100', 100" können sowohl eine Lagerschale 102 als auch ein drehendes Bauteil 1002 sein.
2B zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Lagerteils 100', wie es beispielsweise als Lagerschale 102 und/oder als drehendes Bauteil 1002 in einem Gleitlager 1000, wie zum Beispiel in dem in 1A gezeigten, eingesetzt werden kann.
Bei diesem Lagerteil 100' ist das Stauungsmerkmal 160 in Form der Erhebung 162 durch ein Basismerkmal 170, hier in Form einer Basiserhebung 172 erzeugt worden. Dies bedeutet, dass die geometrische Erzeugung des Stauungsmerkmal 162 durch Einbringen einer Struktur, insbesondere der Basiserhebung 172, unterhalb der Lagerschicht 140 erfolgt. Das Basismerkmal 170 bzw. die Basiserhebung 172 kann vorteilhaft im Basiskörper 120 oder - wie hier gezeigt - in der Zwischenschicht 130 eingebracht sein. Besonders vorteilhaft wird das Basismerkmal 170 auf der darunterliegenden Schicht, insbesondere dem Basiskörper 120 oder der Zwischenschicht 130, erzeugt, bevor die Lagerschicht 140 aufgebracht wird. Das Basismerkmal 170, vorzugsweise die Basiserhebung 172, weist vorteilhaft eine Basismerkmalshöhe BH von 5 µm bis 100µm auf. Die Lagerschicht 140 kann insbesondere durch ein geeignetes Beschichtungsverfahren, beispielsweise Sputtern, Galvanik, PVD, CVD, oder einem Spray-Verfahren, aufgebracht werden. Durch die Struktur des Basismerkmals 170 ergibt sich in dazu korrespondierender Weise das Stauungsmerkmal 160 auf der Gleitschicht 140. Dies ist insbesondere der Fall, weil die Gleitschicht 140 relativ dünn ist, beispielsweise im Beriech von 5 µm bis 30 µm. Im Vergleich dazu kann die darunterliegende Zwischenschicht 130 eine Schichtdicke im Bereich von 0,2 mm bis 2mm aufweisen, und der darunterliegenden Basiskörper 120 eine Schichtdicke von 2 mm bis 20mm. Insbesondere entspricht eine Basismerkmalshöhe BH eines Basismerkmals 170 im Wesentlichen einer Merkmalshöhe MH eines durch das Basismerkmal 170 erzeugten Stauungsmerkmals 160.
Ein Lagerteil mit durch Basismerkmale erzeugten Stauungsmerkmalen hat den Vorteil, dass sich die anschließend aufgebrachte Lagerschicht 140 als durchgängige Schicht über die vorher strukturierte Zwischenschicht 130 oder den vorher strukturierten Grundkörper 120 legt. Somit gibt es in der Lagerschicht 140 keine die Struktur schwächenden Öffnungen oder Unterbrechungen des Materials, wodurch die Tragfähigkeit der Gleitschicht 140 vorteilhaft erhöht wird.
Das Stauungsmerkmal 160 oder das Basismerkmal 170, insbesondere die Erhebung 162 oder die Basiserhebung 172 können mittels einer lokalen Materialbearbeitung, beispielsweise einer zerspanenden Bearbeitung wie Fräsen, Drehen oder dergleichen bekannten Verfahren, erzeugt werden. Vorteilhaft ist die lokale Materialbearbeitung eine thermische Materialbearbeitung, mittels der durch einen instantanen, lokalen Wärmeeintrag an der Stelle des zu erzeugenden Stauungsmerkmals 160 oder Basismerkmals 170 eine Volumenänderung hervorgerufen werden kann. Hierfür ist insbesondere ein Laserverfahren vorteilhaft geeignet, weil der Wärmeeintrag örtlich und/oder zeitlich präzise gesteuert werden kann.
In 2C ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils 100" dargestellt, bei dem ein Basismerkmal 170' in Form einer Basiserhebung 172' in den Basiskörper 120 eingebracht ist, und der Basiskörper 120 einschließlich der Anzahl von Basiserhebungen 172' von einer Lagerschicht 140 bedeckt ist. In der Lagerschicht 140 ergeben sich entsprechend Stauungsmerkmale 160 in Form von Erhebungen 162 an den Stellen, an den die Basiserhebungen 172' eingebracht sind.
In 3A, 3B und 3C sind Querschnitte von unterschiedlichen vorteilhaften Stauungsmerkmalen 160 bzw. Basismerkmalen 170 dargestellt, die in eine Lagerschicht 140, eine Zwischenschicht 130 oder einen Basiskörper 120 eines Lagerteils 100 eingebracht werden können. Dies ist jeweils in einer Schnittebene analog zu der von 1B dargestellt. In 3A ist analog zu den vorhergehenden gezeigten Ausführungsformen eine annähernd dreieckige bzw. glockenförmige Ausbildung eines Stauungsmerkmals 160 bzw. eines Basismerkmals 170 in Form einer Erhebung 162 bzw. Basiserhebung 172 dargestellt.
In 3B ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils 100 mit einem weiteren Stauungsmerkmal 160' bzw. einem weiteren Basismerkmal 170' dargestellt, dass im Unterschied zu 3A zusätzlich zu einer Erhebung 162 bzw. Basiserhebung 172 eine danebenliegende Vertiefung 164 bzw. Basisvertiefung 174 aufweist. Eine solche Vertiefung 164, 174 kann insbesondere bei einer volumenändernden, lokalen Materialbearbeitung bei der Erzeugung des weiteren Stauungsmerkmals 160' bzw. Basismerkmals 170' entstehen, wenn Material aus der Vertiefung 164, 174 in die Erhebung 162, 172 bewegt wird. Ein derartiger Aufbau mit einer danebenliegenden Vertiefung 164, 174 kann beispielsweise mittels eines geneigten, d. h. nicht senkrecht auf die Oberfläche des Lagerteils 100 gerichteten, Laserstrahls erzeugt werden. Vorteilhaft kann die Vertiefung 164, 174 in Laufrichtung LR betrachtet vor und/oder hinter der Erhebung 162, 172 liegen.
In 3C ist eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils 100 mit einem noch weiteren Stauungsmerkmal 160" bzw. noch weiteren Basismerkmals 170" dargestellt. Das noch weitere Stauungsmerkmal 160" bzw. noch weitere Basismerkmal 170" weist einen symmetrischen Querschnitt auf, der eine mittig liegende Erhebung 162 bzw. Basiserhebung 172 aufweist, und danebenliegend auf beiden Seiten eine Vertiefung 164 bzw. Basisvertiefung 174. Ein solcher, symmetrischer Querschnitt kann beispielsweise mittels eines senkrecht auf die Oberfläche des Lagerteils 100 gerichteten Laserstrahls erzeugt werden.
Die in 3A, 3B und 3C gezeigten Stauungsmerkmale 160 bzw. Basismerkmale können mit den oben gezeigten und/oder beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden und können auch einen anderen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen trapezförmigen, kreisrunden oder dergleichen geeigneter Querschnitt.
In 4A, 4B, 4C, 4D und 4E sind unterschiedliche Muster 190 von Stauungsmerkmalen 160 beispielhaft gezeigt. Die Muster 190 sind jeweils über eine Lagerbreite 1030 eines Lagerteils 100 dargestellt. Dabei ist die Lagerschichtoberfläche 142 des Lagerteils 100 im - entlang der Richtung der Rotation R - aufgerollten Zustand entlang einer Umfangsrichtung 1040 ausschnittsweise abgebildet. Das heißt insbesondere, dass nicht der gesamte Umfang, sondern nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Die in diesen Figuren dargestellten Stauungsmerkmale 160 können insbesondere vorteilhaft einen der in 3A, 3B, 3C gezeigten Querschnitte aufweisen.
In 4A weist das Lagerteil 100 eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, die als linienförmige Stauungsmerkmale 180, hier speziell als gerade Stauungsmerkmale 182 gebildet sind. In 4B weist das Lagerteil 100 eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, die als linienförmige Stauungsmerkmale 180, hier speziell als V-förmige Stauungsmerkmale 184, gebildet sind. In 4C weist das Lagerteil 100 eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, die als linienförmige Stauungsmerkmale 180, hier speziell als wellenförmige Stauungsmerkmale 186, gebildet sind.
Die in 4A, 4B, 4C gezeigten linienförmigen Stauungsmerkmale 180 sind in einem Muster 190 äquidistant über den Umfang des Lagerteils 100, senkrecht zur Richtung der Rotation R, angeordnet.
In 4D und 4E sind Stauungsmerkmale 160 in Form von linienförmigen, geraden Stauungsmerkmalen 180, 182 gezeigt mit weiteren Mustern 190', 190".
In 4D ist ein weiteres Muster 190' dargestellt mit zwei Teilmustern, nämlich einem ersten Teilmuster 192.1 und einem zweiten Teilmuster 192.2, die nebeneinander über die Lagerbreite 1030 auf der Lagerschichtoberfläche 142 angeordnet sind. Zwischen den beiden Teilmustern 192.1, 192.2 ist ein Unterbrechungsbereich 194 ohne Stauungsmerkmale 160 angeordnet.
In 4E ist ein noch weiteres Muster 190" dargestellt mit einer abwechselnden Anordnung von jeweils einem Teilmuster 192 mit Stauungsmerkmalen 160 und einem Unterbrechungsbereich 194 ohne Stauungsmerkmale 160. Ein Teilmuster 192 und ein Unterbrechungsbereich 194 sind abwechselnd entlang der hier ausschnittsweise dargestellten Umfangsrichtung 1040 des Lagerteils 100 angeordnet. Dabei erstreckt sich ein Teilmuster 192 über eine erste Umfangslänge 1042, und ein darauffolgender Unterbrechungsbereich 194 über eine zweite Umfangslänge 1044. Die erste Umfangslänge 1042 und die zweite Umfangslänge 1044 können vorteilhaft wie hier gezeigt gleich groß sein. In anderen Ausführungsformen können die erste Umfangslänge 1042 und die zweite Umfangslänge 1044 unterschiedlich groß sein. Pro Teilbereich 192 kann eine feste Anzahl von äquidistant verteilten Stauungsmerkmalen 160 vorgesehen sein, beispielsweise wie hier gezeigt, eine Anzahl von vier.
Die in 4D und 4E gezeigten Ausführungsformen können auch eine größere Anzahl von Teilmustern 192 aufweisen. Insbesondere in Bezug auf 4D sind Ausführungsformen mit mehreren Unterbrechungsbereichen 194 möglich. Auch sind Mischformen der in 4D und 4E gezeigten Ausführungsformen möglich, sodass sich eine musterartige, insbesondere matrixartige, Anordnung von Teilmustern 192 und/oder von Stauungsmerkmalen 160 ergibt.
5 zeigt in schematischer Darstellung den Ausschnitt einer Maschine 3000 in Form einer Brennkraftmaschine 4000 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, mit einem drehenden Bauteil 1002 in Form einer Welle 1004, hier einer Kurbelwelle 4002, wobei die Brennkraftmaschine 4000 vier Zylinder Z1, Z2, Z3, Z4 aufweist, welche jeweils über Pleuellager 1304 zur Erzeugung eines Drehmoments mit der Kurbelwelle 4002 drehbar verbunden sind. Das drehende Bauteil 1002 ist vorliegend über vier Grundlager 1000.1, 1000.2, 1000.3 und 1000.4, welche jeweils als Gleitlager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildet sind, drehbeweglich um eine Drehachse DA gelagert. Folglich ist das drehende Bauteil 1002 über ein erstes Gleitlager 1000.1, ein zweites Gleitlager 1000.2, ein drittes Gleitlager 1000.3 und ein viertes Gleitlager 1000.4 in der Brennkraftmaschine 4000 gelagert. Die Brennkraftmaschine 4000 weist weiterhin ein Schmiersystem 220 auf, welches die Gleitlager 1000.1, 1000.2, 1000.3, 1000.4 mit einem Strom eines Schmiermittels 224 zur Bildung eines Schmierfilms 202 versorgt. Dafür weist das Schmiersystem 220 eine Schmiermittelpumpe 222 auf. Vorliegend ist das Schmiersystem 220 sämtlichen Lagern zugeordnet. In Weiterbildungen ist es gleichwohl möglich, dass einzelne Lager oder jeweils zusammengefasste Untergruppen von Lagern ein eigenes Schmiersystem aufweisen. Weiter kann das Schmiersystem 220 auch einen Ölfilter 226 aufweisen. Die Brennkraftmaschine 4000 kann eine oder mehrere Nockenwellen 4006 aufweisen, wobei eine Nockenwelle 4006 hier schematisch mit fünf Nockenwellenlagern 4008 dargestellt ist. Vorteilhaft ist mindestens ein Nockenwellenlager 4008 als Gleitlager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildet.
Ein Lagerteil 100, 100', 100" gemäß den bevorzugten Ausführungsformen kann gleichwohl in weiteren Lagern der Brennkraftmaschine 1100 eingesetzt werden, beispielsweise in den Pleuellagern 1304 und/oder Pleuelaugenlagern 1500 oder in den Lagern einer Nockenwelle 4006.
In einer anderen Ausführungsform kann die Maschine 3000 auch als eine andere Maschine, beispielsweise als elektrische Maschine 5000 oder als Getriebe 6000 oder als Turbolader 7000, insbesondere als ein Abgasturbolader, ausgebildet sein. Eine derartige Maschine 3000 weist ein Gleitlager 1000 auf, welches beispielsweise allgemein zur Lagerung als eine Antriebs- oder Abtriebswelle oder Lagerwelle, ausgebildet sein kann - vorliegend als rotierendes Gleitlager ausgebildet; also zur Lagerung eines rotierenden Bauteils wie einer Welle oder dergleichen. Vorteilhaft trifft dies zu für den Fall eines Gleitlagers 1000:

- bei einer elektrischen Maschine 5000 zum Lagern eines Rotors oder
- bei einem Getriebe 6000 zum Lagern einer Welle 1004, oder
- bei einem Turbolader 7000 zum Lagern einer Turboladerwelle zwischen einem Verdichter und einer Turbine des Turboladers.

Eine Brennkraftmaschine oder ein Genset oder ein Hybridantrieb (ein Genset oder ein Hybridantrieb weisen eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine; insbesondere als elektrischer Generator und/oder Elektromotor, auf) kann auch als eine Maschine 3000 mit einigen oder mehreren oder allen oben genannten Merkmalen ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Brennkraftmaschine oder ein Genset oder ein Hybridantrieb einen Turbolader 7000 zum Lagern einer Turboladerwelle zwischen einem Verdichter und einer Turbine des Turboladers aufweisen und/oder ein Getriebe 6000 zum Lagern einer Welle 1004 aufweisen. 5 zeigt in schematischer Darstellung, insofern der Einfachheit halber, diese eine oder mehreren möglichen kombinierten Ausführungsformen in einer Zusammenschau, ohne einschränkend zu sein.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Weiterbildung eines Gleitlagerrs 1000 in Form eines Lineargleitlagers 1010; also zur Lagerung eines linear bewegbaren Bauteils wie eines Schlittens oder dergleichen.
Das Lineargleitlager 1010 weist ein Lagerteil 100 in Form einer Linearführung 1012 auf. Das Lineargleitlager 1010 weist ein weiteres Lagerteil 100 in Form eines Linearschlittens 1014 auf, der relativ zur Linearführung 1012 entlang einer Laufrichtung LR bewegbar ist. Die Linearführung 1012 und/oder der Linearschlitten 1014 können vorteilhaft ein oder mehrere Stauungsmerkmale 160 gemäß dem Konzept der Erfindung aufweisen. Vorteilhaft weist einer der beiden Lagerteile 100, also die Linearführung 1012 oder der Linearschlitten 1014, ein oder mehrere Stauungsmerkmale 160 auf. Die Linearführung 1012 und/oder der Linearschlitten 1014 können vorteilhaft einen in 2A, 2B, 2C, 3A, 3B und/oder 3C gezeigten Aufbau aufweisen.
Bezugszeichenliste

100: Lagerteil
100': weiteres Lagerteil
100'': noch weiteres Lagerteil
102: Lagerschale
120: Basiskörper
120.1: Grundkörper
120.2: Drehkörper
130: Zwischenschicht
130.1: Lager-Zwischenschicht
130.2: Bauteil-Zwischenschicht
140: Lagerschicht
140.1: Gleitschicht
140.2: Kontaktschicht
142: Lagerschichtoberfläche
142.1: Gleitschichtoberfläche
142.2: Kontaktoberfläche
160: Stauungsmerkmal
162: Erhebung
164: Vertiefung
170: Basismerkmal
172: Basiserhebung
174: Basisvertiefung
180: linienförmiges Stauungsmerkmal
182: gerades Stauungsmerkmal
184: V-förmiges Stauungsmerkmal
186: wellenförmiges Stauungsmerkmal
190: Muster von Stauungsmerkmalen
190', 190": Muster
192, 192.1, 192.2: Teilmuster, erstes und zweites Teilmuster
194: Unterbrechungsbereich
200: Strömungsspalt
201: Fluid
202: Schmierfilm
204: Anstauung
220: Schmiersystem
222: Luft
224: Schmiermittel
226: Ölfilter
1000: Gleitlager
1000.1-4: erstes bis viertes Gleitlager
1002: Bauteil
1004: Welle
1010: Lineargleitlager
1012: Linearführung
1014: Linearschlitten
1030: Lagerbreite
1040: Umfangsrichtung des Lagerteils
1042: erste Umfangslänge
1044: zweite Umfangslänge
1100: Brennkraftmaschine
1304: Pleuellager
1500: Pleuelaugenlager
3000: Maschine
4000: Brennkraftmaschine
4002: Kurbelwelle
4006: Nockenwelle
4008: Nockenwellenlager
5000: elektrische Maschine
6000: Getriebe
7000: Turbolader
DA: Drehachse
G: Schwerefeld der Erde
BH: Basismerkmalshöhe
LR: Laufrichtung
MH: Merkmalshöhe
R: Rotation
RR: radiale Richtung
X: Detail
ZA: Anzahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2234428 [0005]
DE 102012104817 A1 [0007]

Claims

Lagerteil (100) für ein Gleitlager (1000) mit einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140), insbesondere Lagerschale (102) mit Gleitschicht (140.1) auf einem Grundkörper (120.1) oder drehendes Bauteil (1002) mit Kontaktschicht (140.2) auf einem Drehkörper (120.2), wobei sich die Lagerschicht (140) als Bahn über einen Basiskörper (120) erstreckt und zu einem zwischen zwei Lagerteilen (100) gebildeten Strömungsspalt (200) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162) in der Lagerschichtoberfläche (142) der Lagerschicht (140) ausgebildet ist.
Lagerteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) eine geometrische Form aufweist.
Lagerteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) zudem eine sich von dem Strömungsspalt (200) weg erstreckende Vertiefung (164) aufweist.
Lagerteil (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) in oder auf der Gleitschicht (140) angeordnet ist oder mittels dem Verlauf der Gleitschicht (140) gebildet ist.
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht (120), insbesondere eine Lager-Zwischenschicht (130.1) oder eine Bauteil-Zwischenschicht (130.2), die in radialer Richtung (RR) an einer von dem Strömungsspalt (200) abgewandten Seite der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) angeordnet und von dieser unterscheidbar ist.
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Basiskörper (120) und/oder auf der Zwischenschicht (130) ein Basismerkmal (170) angeordnet ist zur Erzeugung des Stauungsmerkmals (160) in der Lagerschicht (140).
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) als ringförmig geschlossene Bahn über den Basiskörper (120) erstreckt.
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerteil (100), insbesondere die Lagerschale (102), zumindest teilweise aus einem der folgenden Materialen hergestellt ist: Stahl, Zinn, Bronze, AlSn-Legierung, Sn, AlSn, SnCu, PbSn, PbCu, Polymer, Messing, Messing, Peak, PEEK oder Composite-/Verbundmaterial.
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) linienförmig ist.
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (ZA) von mindestens einem Stauungsmerkmal (160) in einem wiederkehrenden Muster (190) angeordnet ist, insbesondere äquidistant über einen Umfang des Basiskörpers (120) angeordnet ist.
Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerteil (100) in Form einer Lagerschale (102) gebildet ist, insbesondere als eine Lagerschale (102), die insbesondere ausgebildet ist für ein Gleitlager (1000).
Gleitlager (1000), insbesondere für ein Lager, vorzugsweise Grundlager (4004), Hauptlager oder Pleuellager (1304), zur Lagerung einer Welle (1004) einer Brennkraftmaschine (1200), vorzugsweise zur Lagerung einer Kurbelwelle (4002) oder Nockenwelle (4006), aufweisend mindestens ein Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Gleitlager (1000) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1000) ein oder mehrere Lagerteile (100) aufweist, und - ein erstes Lagerteil ausgebildet ist als eine Lagerschale (102) mit einem als Grundkörper (120.1) ausgebildeten Basiskörper (120) und einer zur Aufnahme eines drehenden Bauteils (1002) ausgebildeten Gleitschicht (140.1), wobei die Gleitschicht (140.1) sich als Bahn über den Grundkörper (120.1) erstreckt und eine zu einem drehenden Teil (1002) gerichtete Gleitschichtoberfläche (142.1) ausgebildet ist, und/oder - ein zweites Lagerteil ausgebildet ist als ein drehendes Bauteil (1002), insbesondere die Welle (1004), aufweisend eine Kontaktoberfläche (142.2) und eine darunterliegende Kontaktschicht (140.2), wobei die Kontaktschicht (140.2) sich als Bahn über einen als Drehkörper (120) ausgebildeten Basiskörper (120) erstreckt und die Kontaktoberfläche (142.2) zur Lagerschale (102) gerichtet ist, und wobei - zwischen der Kontaktoberfläche (142.2) und der Gleitschichtoberfläche (142.1) ein Strömungsspalt (200) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Lagerschale (102) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162), insbesondere in der Gleitschichtoberfläche (142.1) der Gleitschicht (140.1), ausgebildet ist, und/oder - das drehende Bauteil (1002) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162), insbesondere in der Kontaktoberfläche (142.2) der Kontaktschicht (140.2), ausgebildet ist.
Maschine (3000), insbesondere Brennkraftmaschine (4000) oder elektrische Maschine (5000) oder, mit einem Lagerteil (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder einem Gleitlager (1000) gemäß Anspruch 12 oder 13.
Maschine (3000) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als eine Brennkraftmaschine (4000) ausgebildet ist.
Maschine (3000) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als eine elektrische Maschine (5000) ausgebildet ist.
Maschine (3000) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als ein Getriebe (6000) oder eine Turboladeranordnung (7000), insbesondere ein Abgasturbolader, ausgebildet ist.
Maschine (3000) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Maschine (3000) eine Brennkraftmaschine (4000) ist, die aufweist: - eine Kurbelwelle (4002) und mindestens ein Grundlager (4004) zum drehbaren Lagern der Kurbelwelle (4002), und/oder - eine Nockenwelle (4006) und mindestens ein Nockenwellenlager (4008), wobei - das Grundlager (4004) und/oder das Nockenwellenlager (4008) ausgebildet ist als Gleitlager (1000) gemäß Anspruch 12 oder 13.
Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils (100) für ein Gleitlager (1000), insbesondere einer Lagerschale (102) oder eines drehenden Bauteils (1002), aufweisend die Schritte: - Bereitstellen eines Basiskörpers (120), - Auftragen einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140), insbesondere durch Sputtern, gekennzeichnet durch den Schritt: - Einbringen eines Stauungsmerkmals (160), das ausgebildet ist zum Erzeugen eines fluidischen Widerstands in einem Strömungsspalt (200) des Gleitlagers (1000).
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: - vor dem Auftragen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140): Auftragen einer Zwischenschicht (130) auf den Basiskörper (120).
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Erzeugung des Stauungsmerkmals (160) ein Basismerkmal (170) auf den Basiskörper (120) oder die Zwischenschicht (130) eingebracht wird, wobei insbesondere - das Einbringen eines Stauungsmerkmals (160) vor dem Auftragen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) erfolgt.