DE10344720B4

DE10344720B4 - Verfahren zum Herstellen eines wenigstens ein Lagerauge aufweisenden Werkstückes

Info

Publication number: DE10344720B4
Application number: DE10344720A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Rumpf; Elisabeth Ing. Schneiderbauer; Helmut Spiessberger
Original assignee: Miba Gleitlager Austria GmbH
Current assignee: Miba Gleitlager Austria GmbH
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2023-09-27
Also published as: ATA15062002A; US20040064948A1; AT412556B; DE10344720A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines wenigstens ein Lagerauge aufweisenden Werkstückes, wobei das Lagerauge mit einer Gleitschicht aus einer Legierung aus einem härteren und einem weicheren Legierungsbestandteil beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerauge zunächst nach einem Kreiszylinder paßgenau bearbeitet wird, bevor die Gleitschicht galvanisch auf die bearbeitete Lageraugenfläche in einer dem Endmaß entsprechenden Dicke abgeschieden wird, wobei mit zunehmender Schichtdicke der Anteil des weicheren Legierungsbestandteiles an der abgeschiedenen Legierung vergrößert wird, indem während des galvanischen Abscheidevorganges die Stärke des für den Abscheidevorgang eingesetzten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der angestrebten Zunahme des Anteils des weicheren Legierungsbestandteiles verändert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens ein Lagerauge aufweisenden Werkstückes, wobei das Lagerauge mit einer Gleitschicht aus einer Legierung aus einem härteren und einem weicheren Legierungsbestandteil beschichtet wird.
Dynamisch hochbelastete Gleitlager beispielsweise für Pleuel von Verbrennungskraftmaschinen bestehen im allgemeinen aus Lagerschalen, die von einem geteilten Lagersitz des Werkstückes aufgenommen werden, wobei die Gleitschicht auf Blei-, Zinn- und Kupferbasis galvanisch abgeschieden werden ( DE 199 55 297 C1 ). Um die mit dem Vorsehen gesonderter Lagerschalen verbundenen Nachteile hinsichtlich der Baugröße und damit des Gewichts einerseits und des Herstellungsaufwandes anderseits zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen ( EP 0 635 104 B1 , WO 99/06722 A1), das im Werkstück vorgesehene Lagerauge unmittelbar mit einem Gleitwerkstoff zu beschichten. Zu diesem Zweck kann das Werkstück vor oder nach einem Bruchtrennen und einem anschließenden Zusammenfügen der durch das Bruchtrennen erhaltenen Teile durch ein thermisches Spritzverfahren mit der Gleitschicht beschichtet werden, bevor die auf die Lageraugenfläche aufgebrachte Gleitschicht zusammen mit dem Werkstück oder bei bereits geteiltem Werkstück für sich durch ein Bruchtrennen entsprechend dem Werkstück geteilt wird. Als zusätzlicher Vorteil dieser unmittelbaren Beschichtung des Lagerauges wird herausgestellt, daß die zu beschichtende Lageraugenfläche nicht mehr paßgenau nachgearbeitet werden muß, weil Ungenauigkeiten durch das Auftragen der Gleitschicht ausgegli chen werden und es demnach nur mehr erforderlich wird, die Gleitschicht selbst entsprechend genau zu bearbeiten. Der Ausgleich von Ungenauigkeiten des Lagerauges bedingt jedoch ausreichend dicke Gleitschichten, für deren Auftrag sich insbesondere thermische Spritzverfahren eignen. Solche thermischen Spritzverfahren haben allerdings den Nachteil, daß die Haftung zwischen der aufgespritzten Gleitschicht und der Lageraugenfläche höheren Belastungsanforderungen kaum genügen kann. Dazu kommt, daß aufgrund des Ausgleichs von Ungenauigkeiten nach der paßgenauen Bearbeitung der Gleitschicht mit einer ungleichmäßigen Dicke der Gleitschicht insbesondere in Umfangsrichtung gerechnet werden muß, was beispielsweise aufgrund der mit der Dicke der Gleitschicht abnehmenden Dauerfestigkeit zu einer örtlichen Überlastung der Gleitschicht führen kann, wenn sich in einem hochbelasteten Lagerbereich in ihrer Lage nicht beeinflußbare dickere Gleitschichtzonen ergeben.
Schließlich ist es zur Herstellung eines Werkstückes mit einer gleichmäßig strukturierten, rauhen Oberfläche bekannt ( DE 42 11 881 C2 ), die Oberfläche nicht durch ein Schleifen und Ätzen zu strukturieren, sondern die Oberfläche durch ein galvanisches Abscheiden einer entsprechenden Oberflächenschicht zu gestalten, indem zunächst mittels eines Anfangsimpulses der elektrischen Spannung oder des Stromes auf der zur beschichtenden Fläche eine Keimbildung des abzuscheidenden Werkstoffes erreicht wird, bevor durch einen Folgeimpuls ein Wachstum der Keime durch Anlagerung von weiterem Werkstoff herbeigeführt wird. Ein solches galvanisches Abscheideverfahren wird beispielsweise für Feuchttreibzylinder von Druckmaschinen eingesetzt, wobei Chrom als Abscheidematerial verwendet wird. Mit Hilfe dieser bekannten strukturierten Oberflächenbeschichtung können jedoch die bei Gleitlagern mit einer hohen dynamischen Lagerbelastung auftretenden Schwierigkeiten nicht gelöst werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes mit wenigstens einem Lagerauge der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß mit einem vergleichsweise geringen Herstellungs aufwand eine hohe dynamische Lagerbelastbarkeit sichergestellt werden kann, ohne die Lebensdauer zu beeinträchtigen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Lagerauge zunächst nach einem Kreiszylinder paßgenau bearbeitet wird, bevor die Gleitschicht galvanisch auf die bearbeitete Lageraugenfläche in einer dem Endmaß entsprechenden Dicke abgeschieden wird, wobei mit zunehmender Schichtdicke der Anteil des weicheren Legierungsbestandteiles an der abgeschiedenen Legierung vergrößert wird, indem während des galvanischen Abscheidevorganges die Stärke des für den Abscheidevorgang eingesetzten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der angestrebten Zunahme des Anteils des weicheren Legierungsbestandteiles verändert wird.
Da zufolge dieser Maßnahmen von einer paßgenauen, kreiszylindrischen Lageraugenfläche ausgegangen wird, kann mit einem dünnschichtigen Auftrag der Gleitschicht die Endabmessung der durch die Gleitschicht gebildeten Lauffläche ohne Nachbearbeitung der Gleitschicht sichergestellt werden, und zwar mit dem Vorteil, daß die Gleitschicht einen konstruktiv vorgegebenen Dickenverlauf aufweist, was eine wesentliche Voraussetzung für eine hohe Lebensdauer dynamisch beanspruchter Gleitlager darstellt, zumal vergleichsweise dünne Glei schichten mit einer Dicke von beispielsweise 20 bis 40μm in engen Toleranzbereichen vorgesehen werden können, wenn kein Ausgleich von Ungenauigkeiten über die Gleitschichtdicke gefordert wird. Eine weitere Voraussetzung für eine hohe dynamische Belastbarkeit eines solchen Gleitlagers ist in der Belastbarkeit der Gleitschicht selbst zu sehen, und zwar unter Berücksichtigung der Einlaufbedingungen, die eine vergleichsweise weiche Laufschicht erfordern. Um diesen zum Teil einander widersprechenden Anforderungen genügen zu können, wird die Gleitschicht, die in üblicher Art aus einer Legierung von härteren und weicheren Legierungsbestandteilen besteht, auf der Lageraugenfläche so abgeschieden, daß mit zunehmender Schichtdicke der Anteil des weicheren Legierungsbestandteiles an der abgeschiedenen Legierung vergrößert wird, so daß die Härte der Gleitschicht von der Lauffläche zur Lageraugenfläche zunimmt. Dies bedeutet, daß trotz guter Einlaufbedingungen über die Gleitschicht eine ausreichende Stützwirkung aufgebracht werden kann, um auch hohen dynamischen Belastungen des Gleitlagers gerecht zu werden.
Solche Gleitschichten können mit der notwendigen Genauigkeit aufgrund der beschränkten Schichtdicke physikalisch im Vakuum aufgebracht werden. Der Beschichtungsaufwand kann diesem Auftragsverfahren gegenüber jedoch durch ein galvanisches Abscheiden der Gleitschicht auf der Lageraugenfläche erheblich vereinfacht werden. Es braucht ja lediglich während des galvanischen Abscheidevorganges die Stärke des für den Abscheidevorgang eingesetzten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der angestrebten Zunahme des Anteils des weicheren Legierungsbestandteiles verändert zu werden. Dies bedeutet beispielsweise bei einer Gleitschicht auf der Basis einer Kupfer-Blei-Legierung, daß die Stromdichte von anfänglich 3 A/dm² während des Abscheidevorganges auf 10 A/dm² erhöht werden muß, um mit der höheren Stromdichte den Bleianteil in der abgeschiedenen Schicht zu erhöhen. Der dadurch erzielte Härtegradient über die Dicke der Gleitschicht kann über die Stromdichte den jeweiligen Anforderungen entsprechend gesteuert werden.
Beim Beschichten eines Werkstückes mit geteiltem Lagerauge wird die Lageraugenfläche nach dem Zusammenfügen des geteilten Lagerauges paßgenau bearbeitet und dann mit der Gleitschicht galvanisch beschichtet, bevor die Gleitschicht durch ein Bruchtrennen entsprechend der Teilung des Lagerauges geteilt wird. Da nach dem Zusammenfügen des geteilten Lagerauges die paßgenaue Bearbeitung der Lageraugenfläche vorgenommen wird, um die Voraussetzungen für eine die Endabmessungen ohne Nachbearbeitung sicherstellenden Maßbeschichtung zu schaffen, braucht nach dem dünnschichtigen Auftragen der Gleitschicht lediglich dafür gesorgt zu werden, daß die aufgetragene Gleitschicht entsprechend der Teilung des Lagerauges geteilt wird, was vorteilhaft durch ein Bruchtrennen gelingt. Die vergleichsweise geringe Schichtdicke sowie die gute Haftung der galvanisch abgeschiedenen Gleitschicht auf der Lageraugenfläche stellen ja vorteilhafte Voraussetzungen für eine problemlose Bruchtrennung dar.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines wenigstens ein Lagerauge aufweisenden Werkstückes, wobei das Lagerauge mit einer Gleitschicht aus einer Legierung aus einem härteren und einem weicheren Legierungsbestandteil beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerauge zunächst nach einem Kreiszylinder paßgenau bearbeitet wird, bevor die Gleitschicht galvanisch auf die bearbeitete Lageraugenfläche in einer dem Endmaß entsprechenden Dicke abgeschieden wird, wobei mit zunehmender Schichtdicke der Anteil des weicheren Legierungsbestandteiles an der abgeschiedenen Legierung vergrößert wird, indem während des galvanischen Abscheidevorganges die Stärke des für den Abscheidevorgang eingesetzten elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der angestrebten Zunahme des Anteils des weicheren Legierungsbestandteiles verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Werkstück mit geteiltem Lagerauge die Lageraugenfläche nach dem Zusammenfügen des geteilten Lagerauges paßgenau bearbeitet und dann mit der Gleitschicht galvanisch beschichtet wird, bevor die Gleitschicht durch ein Bruchtrennen entsprechend der Teilung des Lagerauges geteilt wird.