DE19700339A1

DE19700339A1 - Gleitlagerelement für Schmieröltaschen

Info

Publication number: DE19700339A1
Application number: DE19700339A
Authority: DE
Inventors: Fritz Niegel; Peter-Clemens Hoppe-Boeken; Eckart Dr Schopf
Original assignee: GLYCO METALL WERKE; Glyco Metall Werke Glyco BV and Co KG
Current assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2017-01-09
Also published as: DE59700584D1; KR19990082076A; DE19700339C2; KR100454659B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement, das mindestens einen ein schichtigen oder mehrschichtigen, metallischen Lagerwerkstoff aufweist, wobei die Gleitfläche Schmieröltaschen aufweist. Unter Gleitlagerelementen werden u. a. Gleitlagerschalen, Bundlager, Buchsen und Anlaufscheiben verstanden, die einen ein- oder mehrschichtigen, metallischen Lagerwerkstoff aufweisen, der auch auf einem Stützmaterial aufgebracht sein kann.

Die Lauffläche mit Vertiefungen zu versehen, ist seit vielen Jahren bekannt. So wird in der DE-PS 5 46 781 zur Verhinderung der "Berührungsoxidation" vorgeschlagen, in eine der sich berührenden Flächen eines Lagers Unterbrechungen, Vertiefungen, Aufrauhungen und dgl. einzubringen. Es werden in diesem Zusammenhang auch kreisförmige Vertiefungen gezeigt, jedoch wird nicht angegeben, wie diese Vertiefungen dimensioniert, angeordnet oder ausgekleidet sind.

Die DE-PS 8 34 480 beschreibt ein Lager, bei dem die Lageroberfläche aus einer Vielzahl kleiner Flächen aus hartem und weichem Lagermaterial besteht. Außer rillenförmigen Vertiefungen sind quadratische Ausnehmungen vorgesehen, die jedoch vollständig mit weichem Lagermaterial ausgefüllt sind. Die Vertiefungen werden mittels einer sich in einem Metallbad drehenden Prägewalze eingebracht.

Aus der DE-OS 27 11 983 ist ein Lager bekannt, das zusätzlich zu Ölnuten halbkugelförmige Ölausnehmungen mit einem Durchmesser von 1,5-2,5 mm aufweist, die in Abständen von 4 mm in Umfangsrichtung bzw. 4,8 mm in axialer Richtung angeordnet sind. Da die Lagerlegierung nur eine Dicke von 0,25 mm besitzt, erstrecken sich diese Ölausnehmungen bis in die Stahlstützschale. Diese derart dimensionierten Schmieröltaschen haben u. a. den Nachteil, daß der Bindungsbereich der Lagerlegierung mit der Stahlstützschale frei liegt, so daß in diesem Bereich Ablösungen auftreten können.

Aus der DE 33 26 316 C2 sind Sintermetallagerbuchsen mit auf der innenliegenden Laufoberfläche angeordneten Schmieröltaschen bekannt, die halbkugelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildet sind. Die Tiefe der Schmieröltaschen liegt bei 0,2-1 mm, wobei 10-30% der gesamten Lauffläche von den Schmieröltaschen eingenommen werden.

Die AU 143,992 zeigt einen Gleitflächenaufbau mit eingeprägten Ausnehmungen, die mit weichem Gleitlagermaterial vollständig ausgefüllt sind.

Die DE-GM 78 17 118 beschreibt ein selbstschmierendes Lager, das zum Zwecke der Einbettung eines Feststoffschmiermittels Hohlräume mit kreisförmiger oder kugelförmiger Gestalt aufweist.

Aus der US 5,462,362 ist ein Gleitelement bekannt, das für extrem niedrige Gleitgeschwindigkeiten eingesetzt wird, wie zum Beispiel als Kugelelemente bei künstlichen Gelenken. Die Gleitoberfläche besitzt zylindrische Ausnehmungen mit Durchmessern von 0,2 bis 0,8 mm und einer Tiefe von 1 bis 10 µm. Die Ausnehmungen werden ebenfalls mit Feststoffschmiermittel gefüllt.

Diese bekannten Lagerelemente können je nach Lagerwerkstoff nur bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten bis ca. 5 m/s und mittleren Belastungen bis ca. 30 MPa eingesetzt werden. Die Lagerelemente sind für die Anwendung als Pleuellager und Hauptlager in Verbrennungsmotoren ungeeignet, weil durch die relativ große Tiefe und/oder dem großen Flächenanteil der Schmieröltaschen der Aufbau des für diese Anwendungen erforderlichen hydrodynamischen Drucks nicht in ausreichendem Maße möglich ist.

Bekannt sind außerdem Lagerelemente gemäß EP-PS 104159 und US 5,238,311 mit rillenförmigen Ausnehmungen der Gleitfläche von 3 bis 6 µm Tiefe. Diese haben jedoch den Nachteil, daß die Rillen unter den in Pleuellagern und Hauptlagern von Verbrennungsmotoren üblichen Belastungen über 30 MPa entweder plastisch deformiert oder verschlissen werden und zu Fressern führen können, so daß sie ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen können.

Die in EP-PS 57808 beschriebenen Rillenlager mit durch weiche Lagerwerkstoffe gefüllten Rillen weisen erfahrungsgemäß den Nachteil auf, daß nach einer gewissen Betriebszeit der weiche Lagerwerkstoff durch das Schmieröl herausgespült wird und die Lager nicht mehr funktionsfähig sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Gleitlagerelemente mit Schmieröltaschen so weit zu verbessern, daß sie hinsichtlich ihrer Laufeigenschaften besser sind als die bekannten Gleitlagerelemente mit Schmieröltaschen und daß sie die Eigenschaften sowohl der Lager mit offenen als auch mit gefüllten Rillen und die der Lager ohne Schmieröltaschen deutlich übertreffen.

Diese Aufgabe wird mit einem Gleitlagerelement gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Vielzahl von Versuchen mit Schmieröltaschen mit unterschiedlichsten Geometrien, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, hatten keine signifikanten Verbesserungen des Betriebsverhaltens gezeigt, so daß über die Wahl der Dimensionierung keine Vorteile zu erwarten waren. Da Schmieröltaschen üblicherweise den Tragflächenanteil des Gleitlagerelements vermindern, müssen Schmieröltaschen diesbezüglich als nachteilig angesehen werden.

Um so überraschender war es, daß die Gleitlagerelemente bei einer geringen Tiefe der Schmieröltaschen von 0,030 mm bis 0,3 mm und einem Verhältnis von Taschenfläche zu Taschentiefe von 10-40 mm z. B. unter den für Pleuellager und Hauptlager von Verbrennungsmotoren üblichen Betriebsbedingungen bei Verwendung üblicher Schmierstoffe wie Motorenöle nach SAE ein hervorragendes Betriebsverhalten zeigen. Nur bei Einhaltung dieser Dimensionierung füllen sich die Schmieröltaschen vollständig mit Schmierstoff, so daß sich in Verbindung mit der bis auf die Gleitfläche allseitig geschlossenen, eng begrenzten Tasche im Betrieb offensichtlich ein hydrodynamischer Druck wie über der glatten Gleitfläche gegenüber dem Gleitpartner aufbauen kann und somit überraschend ein Beitrag zum Traganteil geliefert wird.

In jedem Fall muß die Taschentiefe geringer sein als die Dicke der Lagermetallschicht, in welche die Schmieröltaschen eingebracht sind.

Diese Dimensionierung der Schmieröltaschen gilt vorzugsweise für Lagerelemente mit einem Lagerdurchmesser von 35 bis 160 mm. Die Tiefe der Schmieröltaschen liegt vorzugsweise in der Größenordnung des Spiels der Gleitpartner.

Die Belastung wird nicht nur von den Tragflächen zwischen den Schmieröltaschen aufgenommen sondern auch vom Schmierstoff in den Schmieröltaschen, so daß die Schmieröltaschen nicht wie beim Stand der Technik nur für die Schmierstoffversorgung dienen. Es können dadurch Gleitgeschwindigkeiten von <20 m/s und Belastungen von mehr als 50 MPa bei Aluminiumlegierungen und mehr als 70 MPa bei Bronzen mit Galvanikschichten ohne Probleme realisiert werden. Es werden auch die Notlaufeigenschaftell verbessert, weil selbst dann, wenn die Tragflächen trockenlaufen sollten, der Schmierstoff in den Taschen zum hydrodynamischen Tragen beiträgt. Insgesamt werden auch die Reibungsverluste deutlich verringert.

Gerade auch im Vergleich zu Lagern mit offenen, nicht mit weichem Lagermaterial aufgefüllten Rillen (US 4,538,929) sind die erfindungsgemäßen Gleitlagerelemente insofern überlegen, als daß der Schmierstoff in den Schmieröltaschen in Umfangsrichtung nicht ausweichen kann, wie dies bei Rillen der Fall ist, sondern in den Schmieröltaschen gespeichert ist und nur über den dünnen Schmierspalt ein Zufluß und Abfluß des Schmierstoffes erfolgt. Dabei entwickelt sich zusätzlich zum hydrodynamischen Druck noch eine Druckkomponente infolge der Diffusorwirkung am Eintritt des Schmierstoffs in die Schmiertasche, während sich am Austritt eine Druckkomponente durch den Staurand ergibt.

Die Eigenschaften der Gleitlagerelemente können weiter optimiert werden, wenn der Zusammenhang zwischen der Schmieröltaschendimensionierung und der Viskosität des verwendeten Schmierstoffs beachtet wird. Vorteilhafterweise sollte die Tiefe der Schmieröltaschen bei Lagern von Verbrennungsmotoren bei T = 0,5 bis T = ea, mit a = 0,45·1nη-3 betragen, wobei sich T in mm ergibt, wenn die dynamische Viskosität η des Schmierstoffs bei Betriebstemperatur in mPas eingesetzt wird. Diese Formel gilt für Betriebsviskositäten von η = 1,8 mPas bis 50 mPas, was bei Verwendung von üblichen Motorölen Temperaturen von etwa 60°C bis 180°C entspricht (O. R. Lang, W. Steinhilper "Gleiflager", 1978, Springer-Verlag, S. 36).

Die Fläche aller Schmieröltaschen sollte vorteilhafterweise zusammen 10% der gesamten Gleitfläche des Gleitlagerelementes nicht überschreiten, weil anderenfalls der ungestörte Tragflächenanteil zu gering wäre, um den hohen Belastungen in modernen Verbrennungs-Motoren standhalten zu können.

Die Schmieröltaschen müssen nicht unbedingt alle dieselbe Tiefe aufweisen. Es kann durchaus empfehlenswert sein, für besondere Anwendungen die Tiefe der Schmieröltaschen im Bereich der größten Belastung bzw. kleinster Schmierfilmdicken zur Verbesserung der Schmierölversorgung entsprechend größer zu wählen und zum Bereich zunehmender Schmierfilmdicken hin die Tiefe der Schmieröltaschen kontinuierlich zurückzunehmen. Insbesondere bei Pleuellagern und Hauptlagern sind deren höchstbelastete und am stärksten verschleißgefährdete Stellen bekannt, so daß ein maßgeschneidertes Gleitlagerelement geschaffen werden kann.

In Fällen von Mangelschmierung kann auch der umgekehrte Fall Vorteile bringen, d. h. die tieferen Schmieröltaschen werden im nicht belasteten Bereich angeordnet, um dadurch ein zusätzliches Ölreservoir zur Verfügung zu stellen.

Die Schmieröltaschen sind vorzugsweise in den Lagerwerkstoff eingeprägt. Die Bearbeitung wird vorzugsweise am Band vorgenommen, was weitaus einfacher ist, als das Einbringen von Rillen in die bereits umgeformte Lagerschale. Nach dem Prägen der Schmieröltaschen wird das bandförmige Material umgeformt und anschließend in der Gleitfläche fertig bearbeitet.

Der Lagerwerkstoff, in den die Schmieröltaschen eingebracht werden, ist bezüglich Belastbarkeit vorteilhafterweise eine relativ harte Legierung auf Aluminium- oder Kupfer-Basis. Solche Lagerwerkstoffe sind hoch belastbar und besitzen den Vorteil, daß sie unmittelbar auf den Stahlträger aufbringbar sind. Wegen der relativ hohen Freßneigung solcher harter Lagerwerkstoffe konnten diese ohne zusätzliche Gleitschicht bisher nur bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Um der Freßneigung entgegenzuwirken, hatte man in der Vergangenheit neben zusätzlicher Beschichtung versucht, mehr Zinn bzw. Blei den Legierungen zuzugeben. Es hat sich nun gezeigt, daß durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Schmieröltaschen auf die Zugabe dieser weichen Metalle weitgehend verzichtet werden kann. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß Gleitlagerelemente mit diesen Lagerlegierungen nicht nur für höhere Gleitgeschwindigkeiten, sondern auch für erhöhte Belastungen eingesetzt werden können. Darüber hinaus konnten die Notlaufeigenschaften des Materials durch die spezielle Ausbildung der Schmieröltaschen erheblich verbessert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Gleitfläche des Lagerwerkstoffs, in den die Schmieröltaschen eingebracht werden, zusätzlich mit einer Galvanikschicht oder Sputterschicht überzogen werden, deren Dicke deutlich geringer ist als die Tiefe der eingebrachten Schmieröltaschen. Ein solcher Überzug kann auf beliebige Lagermaterialien aufgebracht werden, bevorzugt jedoch auf Bleibronze.

Die Schmieröltaschen werden vorzugsweise durch die Galvanikschicht oder Sputterschicht nicht vollständig aufgefüllt. Es bleiben vielmehr die Vertiefungen in der Lauffläche erhalten. Da die Galvanikschicht oder Sputterschicht einen geschlossenen Überzug bildet, wird unabhängig von der Form der Schmieröltaschen ein kontinuierlicher Übergang zwischen den Tragflächen und den Flächen der Schmieröltaschen erzielt. Ausfransungen im Randbereich der Schmieröltaschen, die durch das Einprägen in das Lagermaterial bzw. durch das spanabhebende Bearbeiten der Gleitfläche auftreten können, werden mittels der Galvanikschicht oder Sputterschicht überdeckt und ausgeglichen.

Die Galvanik- oder Sputterschicht kann auch eine größere Dicke aufweisen als die Tiefe T der Schmieröltaschen, wenn gewährleistet wird, daß die Kontur der Galvanik- oder Sputterschicht der Kontur der in die Lagermetallschicht eingebrachten Schmieröltaschen folgt.

Beispielhafte Lagerlegierungen sind wie folgt:
AlNi2MnCu, AlZn5SiCuPbMg, AlSn6, CuPb22Sn, CuPb17Sn5, CuPb10Sn10 oder CuPb22Sn3. Bevorzugte Galvanikschichten bestehen aus PbSn10Cu2, PbSn10Cu5, PbSn14Cu8, auf einer Ni-Zwischenschicht, gegebenenfalls auf einer NiSn-Zwischenschicht. Eine bevorzugte Sputterschicht ist AlSn20.

Die Form der Schmieröltaschen kann beliebig gewählt werden, wobei es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn die Schmieröltaschen entweder die Gestalt eines Kugelabschnitts aufweisen oder im Querschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet sind. Der Flankenwinkel bei kegelstumpfförmigen Schmieröltaschen sollte im Bereich zwischen 30 und 60°, vorzugsweise bei 45° liegen. Über die Flankenneigung kann der Schmierstoffanteil, der durch die Bewegung des Gleitpartners aus den Schmieröltaschen heraus auf den Tragflächenanteil gefördert wird, eingestellt werden. Da der Vorteil der Schmieröltaschen darin liegt, daß sich ein Druck auch im Bereich der Schmieröltaschen aufbaut, ist man bei hohen Belastungen bestrebt, möglichst nur geringe Mengen an Schmieröl aus den Schmieröltaschen während des Betriebs herauszubefördern. Sollen hingegen in erster Linie die Notlaufeigenschaften verbessert werden, sind die größeren Winkel vorzusehen. Es werden daher aus dem Bereich 30-60° für den Flankenwinkel α die kleineren Winkel bevorzugt.

Die Schmieröltaschen können gemäß einer weiteren Ausführungsform in Draufsicht die Gestalt einer Raute aufweisen.

Vorzugsweise ist das Gleitlagerelement eine Gleitlagerschale. Die Schmieröltaschen sind bei dieser Ausführungsform vorzugsweise schräg zur Umfangsrichtung auf Linien hintereinander angeordnet, wobei die Umfangslinien mit der Umfangsrichtung einen beliebigen Winkel β vorzugsweise zwischen 15° und 40° bilden. Diese linienartige Anordnung entspricht in etwa der Anordnung von Rillen bei Rillenlagern, wobei allerdings der Winkel β größer gewählt wird.

Die Anordnung der Schmieröltaschen erfolgt vorzugsweise auch schräg zur Achsrichtung auf Linien hintereinander, wobei diese Querlinien mit der Achsrichtung der Lagerschale einen beliebigen Winkel γ vorzugsweise zwischen 5° und 25° bilden. Die Längslinien und Querlinien bilden aufgrund der Winkel β und γ ein rautenförmiges Muster.

Es hat sich gezeigt, daß diese Schmieröltaschenanordnungen deswegen vorteilhafter sind, weil ansonsten eine Abschattungswirkung eintritt, aufgrund derer nicht alle Schmieröltaschen, insbesondere bei dichter Hintereinanderanordnung zur Verbesserung der Laufeigenschaften der Gleitlagerschale beitragen, sondern sogar negativ wirken können.

Eine Hintereinanderanordnung der Schmieröltaschen ist dann nicht nachteilig, wenn der Abstand der in Gleitrichtung, d. h. bei Schalen und Buchsen in Umfangsrichtung, benachbarten Schmieröltaschen mindestens 12 mm beträgt.

Die Schmieröltaschen können je nach Anwendungszweck lediglich auf den Scheitelbereich und einen Umfangswinkelbereich δ der Gleitlager schale oder Buchse von ±30° bis ±60° um den Scheitel beschränkt sein.

Die erfindungsgemäß ausgeführten Gleitlagerelemente eignen sich insbesondere als Haupt- und Pleuellager in Kolbenmaschinen, insbesondere in Verbrennungsmotoren, was bei den herkömmlichen Gleitelementen mit offenen Vertiefungen nicht der Fall ist.

Beispielhafte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von Gleitlagerschalen gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Lagerbuchse,

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Gleitlagerschale längs der Linie III-III,

Fig. 4A, 4B jeweils einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Gleitlagerschale längs der Linie IV-IV für zwei unterschiedliche Ausführungsformen,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Gleitlagerschale gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 6A einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Gleitlagerschale längs der Line VIa-VIa,

Fig. 6B einen Schnitt durch die in Fig. 5 gezeigte Gleitlagerhalbschale längs der Linie VIb-VIb,

Fig. 7A, 7B Draufsichten der Abwicklung der Gleitfläche der in Fig. 1 gezeigten Gleitlagerschale für zwei unterschiedliche Ausführungsformen,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Bundlagers,

Fig. 9 ein Diagramm, in dem die Drehzahlen im Fall von Mangelschmierung aufgetragen sind und

Fig. 10 ein Diagramm zum Gleitverhalten.

In der Fig. 1 sind Gleitlagerschalen 1, die mit ihren Teilflächen 9 aufeinanderliegen und beispielsweise ein Haupt- oder Pleuellager bilden, und in Fig. 2 eine Lagerbuchse 2 jeweils perspektivisch dargestellt. Auf den Stahlstützschalen 3 ist jeweils z. B. eine Aluminiumlegierung 4,4′ aufgebracht.

In die Oberfläche der Aluminiumlegierung 4, 4′, die die jeweilige Gleitfläche 6, 6′ der Gleitlagerschale 1 bzw. der Lagerbuchse 2 bildet, sind kalottenförmige Vertiefungen als Schmieröltaschen 10, 10′ eingeprägt. In den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen sind die Schmieröltaschen 10, 10′ gleichmäßig über die gesamte Gleitfläche 6, 6′ der Gleitlagerschale 1 sowie der Lagerbuchse 2 verteilt.

In der Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III durch die in Fig. 1 gezeigte Gleitlagerschale 1 dargestellt. Es ist zu sehen, daß die Schmieröltaschen 10 die Gestalt eines Kugelabschnitts aufweisen, der Durchmesser D wesentlich größer ist als die Tiefe T der Schmieröltaschen 10 (s. Fig. 6A), die von der Gleitfläche 6 aus gemessen wird. Die Schmieröltaschen 10 befinden sich vollständig im jeweiligen Gleitlagermaterial, d. h. T ist kleiner als die Dicke der Aluminiumlegierung 4. Die Durchmesser D der Schmieröltaschen 10 können im Bereich von etwa 0,5-3,5 mm liegen und die Tiefe T kann bis maximal 0,3 mm und minimal 0,030 mm betragen, wobei nur diejenigen Durchmesser- und Tiefenwerte miteinander kombiniert werden können, damit das Verhältnis von Taschenfläche zu Taschentiefe von 10-40 mm eingehalten wird. Grundsätzlich ist jede beliebige geometrische Form möglich, wie dies beispielsweise Fig. 7B zeigt.

Anordnung und Ausbildung der Schmieröltaschen 10′ der Lagerbuchse 2 entsprechen derjenigen gem. Fig. 1.

In den Fig. 4A, 4B ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV durch die in Fig. 1 gezeigte Gleitlagerschale 1 für zwei Ausführungsformen dargestellt. Die Schmieröltaschen besitzen unterschiedliche Tiefen, wobei die Tiefe in der in Fig. 4A gezeigten Ausführungsform vom Scheitel 8 zu den Teilflächen 9 hin kontinuierlich abnimmt. So weisen die Schmieröltaschen 10a im Bereich der Teilflächen nur noch etwa die halbe Tiefe gegenüber den Schmieröltaschen 10c im Bereich des Scheitels 8 der Gleitlagerhalbschale 1 auf. Die Schmieröltaschen 10b im Übergangsbereich haben dagegen eine Tiefe, die in etwa zwischen der der Schmieröltaschen 10c und der der Schmieröltaschen 10a liegt. Der Schnitt IV-IV der Fig. 4B zeigt die Tiefenausbildung der Schmieröltaschen 10a′, b′, c′ in umgekehrter Anordnung wie in Fig. 4A. Wie dargestellt, weist die Schmieröltasche 10c′ im Scheitel 8 die geringste Tiefe auf, wobei die Tiefe der Schmieröltaschen 10b′ und 10a′ zu den Teilflächen 9 hin zunimmt.

Anordnung und Ausbildung der Schmieröltaschen 10a, b, c bzw. 10a′, 10b′, 10c′ sind auf die Lagerbuchse 2 gemäß Fig. 2 übertragbar.

In der Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Gleitlagerschale 1 dargestellt, bei der die Schmieröltaschen 10′′ lediglich in einem Umfangswinkelbereich von δ = ±45° im Bereich des Scheitels 8 angeordnet sind. Dies ist der Bereich der größten Lagerbelastung bzw. der kleinsten Schmierfilmdicken. Vom Aufbau unterscheidet sich die Gleitlagerschale 1 in Fig. 5 von derjenigen in Fig. 1 dadurch, daß auf der Stahlstützschale 3 zunächst eine Bleibronze 4a aufgebracht ist, die mit einer Galvanikschicht 5 oder Sputterschicht vollständig überdeckt ist.

Fig. 6B zeigt im Schnitt VIb-VIb durch die Gleitlagerschale 1 gemäß Fig. 5 kegelstumpfförmige Schmieröltaschen 10′′, deren Flanken 11 mit der Senkrechten einen Winkel α von etwa 45° bilden. Die Schmieröltaschen 10′′ sind in die Bleibronze 4a eingeprägt, wobei die Galvanikschicht 5 überall die gleiche Dicke d auch im Bereich der Schmieröltaschen aufweist. Die Schmieröltaschen 10′′ sind somit vollständig ausgekleidet, haben aber die gleiche Tiefe wie vor dem Galvanisieren, wobei die Dicke d der Galvanikschicht 5 geringer ist als die Tiefe T der in die Bleibronze 4a eingeprägten Schmieröltaschen 10′′, was jedoch nicht grundsätzlich der Fall sein muß. Hierbei muß sichergestellt sein, daß die Schmieröltaschen nach wie vor offen zur Aufnahme des Schmieröls sind.

In der Fig. 7A ist die Draufsicht der abgewickelten Gleitfläche 6 der in Fig. 1 gezeigten Gleitlagerschale 1 dargestellt. Die Schmieröltaschen 10 sind auf Längslinien 15 hintereinander angeordnet, wobei die Längslinien 15 mit der Umfangsrichtung 17 einen Winkel β bilden, der etwa 30° beträgt. Außerdem sind die Schmieröltaschen auch auf Querlinien 16 angeordnet, die mit der Achsrichtung 18 einen Winkel γ von 15° bilden. Aufgrund dieser Winkelanordnung wird gewährleistet, daß der Abstand der Schmieröltaschen in Umfangsrichtung 17 mindestens 12 mm beträgt.

Fig. 7B zeigt ähnlich wie Fig. 7A die Abwicklung einer Gleitfläche 6 mit in Draufsicht rautenförmigen Schmieröltaschen 10′′′.

Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Bundlager 19. Wie ersichtlich, sind die Bunde 20 ebenfalls mit Schmieröltaschen 21 versehen, wobei Anordnung und Ausbildung der Schmieröltaschen 21 mit den vorher beschriebenen Schmieröltaschen vergleichbar sind.

Die Fig. 9 und 10 zeigen Vergleichsversuche.

In der Fig. 9 ist die maximale Drehzahl aufgetragen, die im Fall von Mangelschmierung bei Gleitlagern mit und ohne Schmieröltaschen bis zum Fressen erreicht wird. Es wurden Lagerschalen aus Stahl mit einer Lagerlegierung aus Bleibronze mit Galvanikschicht untersucht. Die Lagerschale mit Schmieröltaschen wies folgende Spezifikation auf:

Taschentiefe: 0,08 mm
Verhältnis Taschenfläche zu Taschentiefe: 22 mm
Gesamtfläche aller Schmieröltaschen: 45 mm² 3% der gesamten Gleitfläche
β: 21°
γ: 10°.

Bei diesem Versuch waren die Schmieröltaschen über die gesamte Gleitfläche gleichmäßig verteilt, wobei sämtliche Schmieröltaschen dieselbe Tiefe T aufwiesen. Die Viskosität des Schmieröls betrug η=3 mPas.

Das Diagramm der Fig. 9 zeigt, daß mit einem erfindungsgemäßen Lager bei Mangelschmierung, deutlich höhere Drehzahlen möglich waren, bis Fresser auftraten.

Im Balkendiagramm der Fig. 10 ist das Gleitverhalten von Lagerschalen aus Stahl mit einer Gleitschicht aus einer Aluminiumlegierung anhand von 15 Versuchen mit Gleitlagerschalen ohne Schmieröltaschen aufgetragen. Bei allen Lagerschalen traten nach längstens 10 h Fresser auf. Ferner wurden 10 Versuche mit Gleitlagerschalen gleicher Lagerung aber mit Schmieröltaschen bei erhöhten Drehzahlen durchgeführt, wovon neun Versuche über 200 h und ein Versuch über 500 h lief. Alle Versuche wurden nach Erreichen der Versuchsdauer ohne Schäden beendet. Die Ausbildung der Schmieröltaschen entsprach derjenigen wie beim Versuch gemäß Fig. 9.

Bezugszeichenliste

1 Gleitlagerschale
2 Lagerbuchse
3 Stahlstützschale
4 Aluminiumlegierung
4a Bleibronzeschicht
5 Galvanikschicht
6, 6′ Gleitfläche
8 Scheitel
9 Teilfläche
10, 10′, 10′′, 10′′′ Schmieröltasche
10a, b, c, 10a′, b′, c′ Schmieröltasche
11 Flanke
15 Längslinie
16 Querlinie
17 Umfangsrichtung
18 Achsrichtung
19 Bundlager
20 Bund
21 Schmieröltasche.

Claims

1. Gleitlagerelement, das einen einschichtigen oder mehrschichtigen, metallischen Lagerwerkstoff aufweist, wobei die Gleitfläche Schmieröltaschen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Oberfläche des Gleitlagerelements gemessene Tiefe T der Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) 0,03 mm bis 0,3 mm beträgt, wobei das Verhältnis von Taschenfläche zu Taschentiefe 10-40 mm beträgt.

2. Gleitlagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schmierstoff mit einer Betriebsviskosität η von 1,8 bis 50 mPas die Tiefe T der Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) im Bereich T = 0,5 bis 1 ea liegt, wobei a = 0,45·1nη-3 ist.

3. Gleitlagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche aller Schmieröltaschen (10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c,) maximal 10% der gesamten Gleitfläche (6, 6′) beträgt.

4. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) unterschiedliche liefen T aufweisen.

5. Gleitlagerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10a, b, c) im Bereich der größten Belastung bzw. kleinsten Schmierfilmdicke die größte Tiefe aufweisen und daß die Tiefen zu den Bereichen geringerer Belastung bzw. zunehmender Schmierfilmdicken kontinuierlich abnehmen.

6. Gleitlagerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10a′, b′, c′) im Bereich der geringsten Belastung die größte Tiefe aufweisen und daß die Tiefen zu den Bereichen größerer Belastung kontinuierlich abnehmen.

7. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) eingeprägt sind.

8. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerwerkstoff eine Aluminium-Legierung (4, 4′) ist, in welche die Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) eingebracht sind.

9. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (6, 6′) einschließlich der Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) mit einer Galvanikschicht (5) oder einer Sputterschicht überzogen ist.

10. Gleitlagerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d der Galvanikschicht (5) oder der Sputterschicht geringer ist als die Tiefe T der eingebrachten Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c).

11. Gleitlagerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d der Galvanikschicht (5) oder der Sputterschicht größer ist als die Tiefe T der Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) und daß die Kontur der Galvanikschicht (5) oder der Sputterschicht (5) der Kontur der in die Lagermetallschicht eingebrachten Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) folgt.

12. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10, 10a, b, c) die Gestalt eines Kugelabschnitts aufweisen.

13. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10′′) im Querschnitt die Gestalt eines Kegelstumpfes aufweisen.

14. Gleitlagerelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel α der kegelstumpfförmigen Schmieröltaschen (10′′) 30-60° beträgt.

15. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10′′′) in Draufsicht die Gestalt einer Raute aufweisen.

16. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Form einer Gleitlagerschale oder Buchse, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) auf Längslinien (15) hintereinander angeordnet sind, die mit der Umfangsrichtung (17) einen Winkel β zwischen 15° und 40° einnehmen.

17. Gleitlagerelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) auf Querlinien (16) hintereinander angeordnet sind, die mit der Achsrichtung (18) einen Winkel γ zwischen 5° und 25° einnehmen.

18. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10a, b, c) auf Längslinien (15) und Querlinien (16) angeordnet sind, wobei der Abstand von in Gleitrichtung benachbarten Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 10a, b, c) mindestens 12 mm beträgt.

19. Gleitlagerelement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmieröltaschen (10, 10′, 10′′, 10′′, 10a, b, c) in einem Umfangswinkelbereich δ von ±30° bis ±60° um den Scheitel (8) angeordnet sind.

20. Verwendung der Gleitlagerelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als Haupt- und/oder Pleuellager, in Kolbenmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren.