DE212014000172U1

DE212014000172U1 - Gleitkomponente für Motoren

Info

Publication number: DE212014000172U1
Application number: DE212014000172.2U
Authority: DE
Original assignee: Mahle International GmbH; Mahle Engine Systems UK Ltd
Current assignee: Mahle International GmbH; Mahle Engine Systems UK Ltd
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-04-18
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: GB201314815D0; WO2015024898A3; CN205917333U; WO2015024898A2

Abstract

Gleitkomponente für Motoren mit einer polymerbasierten Schicht aus Kunststoff auf der Oberfläche eines Metallsubstrates, wobei die polymerbasierte Schicht Folgendes aufweist: eine polymerbasierte Kunststoffmatrix; und ein Pigment mit einer zur Oberfläche des Substrates, auf welchem die polymerbasierte Schicht bereitgestellt wird, anderen Farbe.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gleitkomponenten für Motoren mit einer polymerbasierten Lager„Überzug-“Schicht aus Kunststoff, und insbesondere auf Gleitkomponenten für Motoren für Gleitlagerbaugruppen, wie beispielsweise für Lagerschalenauskleidung, Hülsen, Lageroberflächen von Kurbelwellen, Lageroberflächen von Nockenwellen, Lageroberflächen von Pleuelstangen, Druckscheiben, Lageroberflächen eines Lagerblocks, Lageroberflächen eines Lagerdeckels und Komponenten einer Kolbenbaugruppe, wie beispielsweise Kolbenringe, Kolbenmäntel und Zylinderwände und Zylinderauskleidungen.
STAND DER TECHNIK
Bei Verbrennungsmotoren weisen die Lagerbaugruppen typischerweise jeweils ein Paar von Lagerhalbschalen auf, welche eine Kurbelwelle aufnehmen, die um eine Achse drehbar ist. Jede Lagerhalbschale ist eine hohle, im Allgemeinen halb-zylindrische Lagerschale und typischerweise ist mindestens eine eine Flanschlagerhalbschale, bei welcher die Lagerschale mit einer im Allgemeinen halbringförmigen Druckscheibe versehen ist, welche sich an jedem radialen Ende (radial) nach außen erstreckt. Bei anderen Lagerbaugruppen ist es auch bekannt, eine ringförmige oder kreisförmige Druckscheibe zu verwenden.
Die Lageroberflächen von Gleitlagern besitzen im Allgemeinen einen geschichteten Aufbau, bei welchem ein starkes Trägerschichtmaterial mit einer oder mehreren Schichten beschichtet ist, welche bevorzugte tribologische Eigenschaften besitzen, welche die Lageroberfläche, die dem beweglichen, im Einsatz zusammenwirkenden Bauteil zugewandt ist, bereitstellt. Bei bekannten Lagerhalbschalen und Druckscheiben: kann das starke Trägerschichtmaterial Stahl mit einer Dicke von ungefähr 1 mm oder mehr sein; ist die Lageroberfläche mit einer Schicht (der „Überzug-Schicht“) von 6 bis 25 μm einer polymerbasierten Verbundschicht aus Kunststoff beschichtet; und optional kann mindestens eine Zwischenschicht (eine „Auskleidungsschicht“) zwischen der Trägerschicht und der Überzug-Schicht vorgesehen sein, wie beispielsweise ein aluminiumbasiertes Material (z.B. Aluminium-Zinn-Legierung) oder ein kupferbasiertes Material (z.B. Kupfer-Zinn-Bonze), welche an der Trägerschicht haftet, und die Dicke der optionalen Auskleidungsschicht liegt im Allgemeinen im Bereich von ungefähr 0,1 bis 0,5 mm (z.B. 300 μm von Aluminium-Zinn-Legierung).
Es ist in dem Gebiet bekannt, gemischte, polymerbasierte Überzug-Schichten aus Kunststoff auf einer Stahlträgerschicht zu verwenden, bei welcher der Überzug eine Matrix eines farblosen, weißen oder hellgrauen Polymermaterials aufweist, wobei über die gesamte Matrix Additive zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit verteilt sind, wie beispielsweise Metallpulver, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern, Silanverbindungen, um die Haftung an dem darunter liegenden Substrat zu verbessern, und Trockenschmierpartikel, um die Schmierung für den Fall des Kontakts zwischen der Lageroberfläche und dem zusammenwirkenden beweglichen Bauteil zu verbessern. Das Metallpulver kann ein silberfarbenes Metallpulver (z.B. Aluminium), kupferfarbenes Metallpulver (z.B. Kupfer) sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem Metallpulver kann die Verschleißfestigkeit durch Zugabe von anderen verschleißfesten Partikeln verbessert werden (z.B. Eisenoxyd).
WO 2010066396 beschreibt zum Beispiel ein polymerbasiertes Verbundmaterial aus Kunststoff zur Verwendung als eine Überzug-Schicht auf einer Stahlträgerschicht, bei welcher der Überzug eine Matrix eines Polyamidimid-Polymer-Kunststoffmaterials aufweist, bei dem über die ganze Matrix verteilt sind: von 5 bis weniger als 15 Vol.-% eines Metallpulvers; von 1 bis 15 Vol.-% eines Fluorpolymerpartikels, wobei den Rest das Polyamidimid-Harz neben gelegentlichen Verunreinigungen bildet (z.B. eine Schicht von 12 μm Dicke, welche 12,5 Vol.-% Al, 5,7 Vol.-% PTFE-Partikel, 4,8 Vol.-% Silan, < 0,1 Vol.-% andere Komponenten, und der Rest (ungefähr 77 Vol.-%) Polyamidimid aufweist).
Derartige polymerbasierte Überzug-Schichten aus Kunststoff können durch verschiedene Verfahren aufgebracht werden, umfassend Aufsprühen, Tampondruck (ein indirektes Offset-Druckverfahren, bei dem z.B. ein Silikon-Tampon eine gestaltete Schicht des Kunststoff-Verbundmaterials aus Polymer auf das substrat des Gleitlagers überträgt), Siebdruck oder durch einen Übertragungswalzprozess. Vor dem Aufbringen ist das Kunststoff-Polymer in einem Lösungsmittel gelöst, und die festen Partikel schweben in der Lösung. Die gemischte Überzug-Schicht kann als eine Abfolge von Teilschichten aufgebaut sein, bei welcher wiederholtes Aufbringen von dünnen Beschichtungen durch Ablüftphasen unterbrochen wird, um das Lösungsmittel zu entfernen. Nachdem das Aufbringen beendet ist, wird das aufgebrachte Polymer durch längeres Erwärmen thermisch ausgehärtet, um das Polymer durch Vernetzung zu verhärten, z.B. bei 140 bis 240°C für eine Dauer von einigen Minuten bis einigen Stunden (z.B. 10 Minuten bis 2 Stunden).
Eine gemischte polymerbasierte Schicht von silber-, weiß- oder graufarbenen oder farblosen, die mechanische Leistungsfähigkeit verbessernden Additiven (z.B. silberfarbenes Aluminiumpulver, farbloses 3-Aminopropyltriethoxysilan und weißes Polytetrafluorethylen [PTFE] als Trockenschmierpartikel), welche über die ausgehärtete Polymermatrix verteilt sind, ergibt typischerweise eine silberfarbene, gemischte Überzug-Schicht, welche gleich oder ähnlich im Aussehen wie die Stahlträgerschicht oder eine optionale aluminiumbasierte Auskleidungsschicht ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENLEGUNG
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Gleitkomponente für Motoren bereitgestellt mit einer polymerbasierten Schicht aus Kunststoff auf der Oberfläche eines Metallsubstrates, wobei die polymerbasierte Schicht Folgendes aufweist: eine polymerbasierte Kunststoffmatrix; und ein Pigment mit einer zur Oberfläche des Substrates, auf welchem die polymerbasierte Schicht bereitgestellt wird, anderen Farbe.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Gleitkomponente für Motoren bereitgestellt mit einer polymerbasierten Schicht aus Kunststoff auf einem Metallsubstrat, wobei die polymerbasierte Schicht Folgendes aufweist: eine polymerbasierte Kunststoffmatrix; und ein Pigment mit einer anderen Farbe als diejenige, welche die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment haben würde.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Motor bereitgestellt, welcher eine Gleitkomponente für Motoren nach dem ersten oder zweiten Aspekt aufweist.
Das Substrat kann eine silberfarbene Stahlträgerschicht aufweisen, und die polymerbasierte Schicht aus Kunststoff kann direkt auf der Trägerschicht bereitgestellt sein, und das Pigment kann eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau haben.
Das Substrat kann eine Trägerschicht und eine silberfarbene aluminiumbasierte Auskleidungsschicht zwischen der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff und der Trägerschicht aufweisen, und das Pigment kann eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau haben.
Das Substrat kann eine Trägerschicht und eine kupferbasierte Auskleidungsschicht zwischen der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff und der Trägerschicht aufweisen, und das Pigment kann eine andere Farbe als Kupfer, Rot oder Braun haben.
Die polymerbasierte Schicht kann bei fehlendem Pigment silberfarben sein, und das Pigment kann eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau haben.
Die polymerbasierte Schicht kann bei fehlendem Pigment von kupferner, roter oder brauner Farbe sein, und das Pigment kann eine andere Farbe als Kupfer, Rot oder Braun haben.
Die polymerbasierte Schicht kann ein Additiv zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit aufweisen, welches über die polymerbasierte Matrix verteilt ist.
Das Additiv zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit kann ein Partikel zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit aufweisen.
Das Pigment kann blau sein.
Das Pigment kann einen Farbindex von 15,1 bis 15,3 besitzen.
Das Pigment kann Kupferphthalocyanin aufweisen.
Das Pigment kann schwarz sein.
Das Mengenverhältnis des Pigments kann 5 bis 20 Vol.-% betragen.
Die Pigmentkonzentration kann an der vom Substrat entfernten Oberfläche der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff am größten sein.
Die Gleitkomponente für Motoren kann eine weitere polymerbasierte Schicht aus Kunststoff aufweisen, welche kein Pigment aufweist, die zwischen dem Substrat und der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff, welche das Pigment aufweist, vorgesehen ist.
Das Pigment kann ein pigmentiertes Partikel aufweisen, welches über die ganze polymerbasierte Matrix verteilt ist.
Das Pigment kann einen pigmentierten gelösten Stoff aufweisen, welcher in der polymerbasierten Matrix gelöst ist.
Die Gleitkomponente für Motoren kann eine Komponente einer Gleitlagerbaugruppe sein, welche aus der Gruppe, bestehend aus Lagerschalenauskleidungen, Hülsen, Lageroberflächen von Kurbelwellen, Lageroberflächen von Nockenwellen, Lageroberflächen von Pleuelstangen, Druckscheiben, Lageroberflächen eines Lagerblocks und Lageroberflächen eines Lagerdeckels, ausgewählt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden hiernach in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, in denen:
1A eine Lagerschale zeigt;
1B eine Querschnittsansicht durch die Lagerschale von 1A zeigt; und
2 und 3 Querschnittsansichten durch alternative Lagerschalen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind gleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet worden, wenngleich sie in einigen Fällen Erhöhungen von einem oder mehreren ganzzahligen Vielfachen von 100 aufweisen. Zum Beispiel sind in verschiedenen Figuren 104, 204 und 304 verwendet worden, um eine Überzug-Schicht zu bezeichnen. 1A zeigt schematisch ein Gleitlager 100 (z.B. eine Gleitkomponente eines Motors) in der Form einer hohlen, halb-zylindrischen Lagerschalenauskleidung (die üblicherweise als eine „Lagerhalbschale“ bezeichnet wird). Die Lagerhalbschale 100 besitzt ein Substrat 102, welches eine starke Stahlträgerschicht 102A und eine optionale Lagerauskleidungsschicht 102B (z.B. eine Schicht aus Aluminium-Zinn-Legierung) auf der konkaven inneren Oberfläche der Trägerschicht aufweist. Eine polymerbasierte „Überzug“-Schicht 104 aus Kunststoff ist auf dem Substrat 102 vorgesehen. Die Überzug-Schicht 104 ist dafür ausgebildet, eine Lauffläche über die Standzeit des Gleitlagers 100 bereitzustellen. Die Überzug-Schicht 104 ist die innerste Schicht der Lagerhalbschale, welche dafür ausgelegt ist, einem beweglichen Bauteil in einer Lagerbaugruppe zugewandt zu sein (z.B. nimmt die Überzug-Schicht eine gelagerte Welle in einer Lagerbaugruppe auf, welche gemeinsam mit einem eingreifenden Film aus Schmieröl zusammenwirkt).
Die polymerbasierte Überzug-Schicht 104 aus Kunststoff ist eine Verbundschicht einer polymerbasierten Kunststoffmatrix mit über die gesamte Matrix verteilten Partikeln. Das Polymermaterial aus Kunststoff wird ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Polyamidimid-Harz, Acrylatharz, Epoxiharz, Polyurethan, Fluorpolymer, Polyetheretherketon, Formaldehydharz und Phenolharz.
Die polymerbasierte Überzug-Schicht 104 aus Kunststoff weist eine Zugabe von 5 bis 20 Vol.-%, und vorzugsweise 10 bis 15 Vol.-% an Pigment (d.h. ein pigmentiertes Partikel und/oder einen pigmentierten gelösten Stoff) auf, welches farblich von der inneren Oberfläche des Substrats, auf welche die polymerbasierte Schicht aufgebracht wird, absticht, und/oder farblich von der Farbe absticht, welche die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment haben würde. Weniger als 5 Vol.-% des Pigments kann eine Farbänderung hervorrufen, welche in Bezug auf eine unpigmentierte Überzug-Schicht nur schwer zu unterscheiden ist. Die Zugabe von über 20 Vol.-% von Pigment im Überzug kann die strukturelle Unversehrtheit der Polymermatrix gefährden.
Die gemischte Überzug-Schicht wird als eine Mischung aus einem Material einer polymerbasierten Kunststoffmatrix und Schwebstoffen aufgebracht und kann weiter ein Lösungsmittel aufweisen, welches das Bilden des Gemisches erleichtert. Geeignete Lösungsmittel können unpolar (z.B. Xylen, Toluen), aprotisch polar (z.B. Aceton, N-Ethyl-2-Pyrrolidon (NEP), N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Gamma-Butyrolacton, Dipropylenglykol-Dimethylether) oder protisch polar (z.B. Wasser, Alkohol, Glykol) sein. Das Lösungsmittel kann in verschiedenen Mengenverhältnissen eingesetzt werden, um eine bestimmte gewünschte Gemisch-Viskosität zur Beschichtung auf das Substrat zu erzielen.
Das Polymergemisch aus Kunststoff kann auch eine Zugabe eines Silan-Materials enthalten. Silan-Materialien haben sich erwiesen, die Stabilität der Polyamidimid-Matrix zu begünstigen, und haben sich auch erwiesen, die Haftung des Materials des Polyamidimid-Harzes am Substrat zu begünstigen. Ein geeignetes Silan-Material kann Gamma-Aminopropyltriethoxysilan (z.B. 3-Aminopropyltriethoxysilan) sein, und es kann eine Zugabe im Bereich von 3 bis 6 Vol.-% zum Gemisch vorgenommen werden. Ein geeignetes alternatives Silan-Material kann Bis-(Gamma-Trimethoxysilpropyl)amin aufweisen.
Die polymerbasierte Kunststoffschicht kann weiter 1 bis 15 Vol.-% eines Trockenschmierpartikels aufweisen, und einen bevorzugten Bereich von 2 bis 8 Vol.-%.
Ein Trockenschmierpartikel kann wegen seiner günstigen Wirkung auf die Reibungseigenschaften des Materials und dessen selbstschmierende Wirkung in der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff enthalten sein. Das Trockenschmierpartikel kann Fluorpolymer, Mo₂S oder Graphen sein. Die Zugabe an Partikel aus Fluorpolymer kann vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen, da dies das wirkungsvollste der Fluorpolymere in Bezug auf die Verringerung des Reibungskoeffizienten und Verbesserung der selbstschmierenden Eigenschaften der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff ist. Jedoch können auch andere geeignete Fluorpolymere, wie beispielsweise fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), verwendet werden, wenn gewünscht.
Unterhalb von 1 Vol.-% des Trockenschmierpartikels ist die Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der tribologischen Eigenschaften nicht bedeutend. Bei über 15 Vol.-% des Trockenschmierpartikels kann die strukturelle Unversehrtheit der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff gefährdet werden. Ein zu hoher Anteil an Trockenschmierpartikel reduziert die Härte und Stärke der Matrix in einem inakzeptablen Maß.
Die Partikelgröße des Trockenschmierpartikels liegt wünschenswerterweise im Bereich von 1 bis 5 μm, und eine Größe von 2 bis 4 μm wird bevorzugt.
Die polymerbasierte Schicht aus Kunststoff weist weiter 1 Vol.-% bis weniger als 15 Vol.-% eines Metallpulvers auf. Vorteilhafterweise verbessert das Metallpulver (insbesondere in der Form von Metallschuppen) die Wärmeleitfähigkeit der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff. Das Metallpulver kann weiter die Verschleißfestigkeit der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff verbessern. Unterhalb von 1 Vol.-% des Metallpulvers ist die Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der tribologischen Eigenschaften nicht bedeutend. Bei über 15 Vol.-% des Metallpulvers kann die strukturelle Unversehrtheit der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff gefährdet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff der vorliegenden Erfindung kann der Anteil an Metallpulver im Bereich von 2 bis 25 Vol.-%, und bevorzugter von 5 bis 15 Vol.-%, liegen.
Das Metallpulver kann ausgewählt werden aus: Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Silber, Wolfram, Edelstahl. Wir haben herausgefunden, dass reines Aluminiumpulver für sich allein die besten Ergebnisse liefert. Aluminiumpulver mit Partikeln in der Form von schuppenartigen Plättchen in der Größe von 5 bis 25 μm, und vorzugsweise in der Größe von 10 bis 20 μm (längs der maximalen Abmessung), stellt eine besonders geeignete Form der Metallpulverzugabe dar. Der schuppenartige Charakter des Pulvers führt im Allgemeinen dazu, dass die maximale Fläche von Metallpulver einem zusammenwirkenden Wellenzapfen ausgesetzt ist, da die Ebene der Schuppen im Allgemeinen parallel zur Lageroberfläche ausgerichtet ist. Das Bereitstellen von Schuppen innerhalb der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff, welche im Allgemeinen parallel zur Lageroberfläche verlaufen, kann durch Aufsprühen der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff vorgesehen werden.
Ein weiterer Vorteil der Schuppenplättchen-Morphologie des Aluminiumpulvers ist, dass die Partikel auf Grund der relativ großen Fläche der Oberfläche jedes einzelnen Partikels fester in die Matrix eingebunden sind und so dagegen beständig ist, dass während des Motorbetriebs Aluminiumpartikel aus der Matrix gerissen werden.
Ohne an irgendeine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird davon ausgegangen, dass der auf der Oberfläche der Aluminiumschuppen ausgebildete Aluminiumfilm eine verbesserte Verschleißfestigkeit bereitstellen kann. Es wird davon ausgegangen, dass das Aluminium in der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff der Gleitkomponente für Motoren ein sehr feines Schleifmittel bereitstellt, welches dazu neigt, die Unebenheiten der Zerspanung auf der Oberfläche des zusammenwirkenden Bauteils (z.B. Oberfläche des Wellenzapfens) zu polieren, was die Oberfläche des Wellenzapfens weniger abschleifend für die polymerbasierte Schicht aus Kunststoff macht, so dass die Verschleißrate der Schicht reduziert wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Pigment ausgewählt, um deutlich sichtbar vom Aussehen abzustechen, welches die polymerbasierte Schicht 104 bei fehlendem Pigment haben würde (d.h. um vom Aussehen der Zusammensetzung aus der Matrix und den Additiven zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit abzustechen), und um deutlich sichtbar vom Aussehen der Oberfläche des Substrates 102, auf welche die polymerbasierte Schicht aufgebracht wird, abzustechen. Im Fall, dass die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment eine silberne Farbe hat (z.B. mit Aluminiumschuppen und PTFT-Partikel), hat das Pigment eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau, um einen deutlichen Unterschied im visuellen Aussehen zu erzeugen. Im Fall, dass die Additive zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit Schuppen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweisen, um die Verschleifsfestigkeit zu erhöhen, hätte die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment eine kupferne/rote/braune Farbe und das Pigment hat eine andere Farbe als Kupfer/Rot/Braun. Das Pigment kann zum Beispiel blau oder schwarz sein, um in beiden Fällen einen deutlichen visuellen Unterschied zu erzeugen. Das blaue Pigment kann Pulver von Kupferphthalocyanin sein.
Insbesondere kann die polymerbasierte Überzug-Schicht aus Kunststoff eine Matrix eines auf Polyamidimid basierten Polymers aufweisen, bei dem über die gesamte Matrix verteilt sind: von 10 bis 15 Vol.-% Pigment; von 1 bis weniger als 15 Vol.-% eines Metallpartikels (z.B. Metallpulver und/oder Metallschuppen); von 1 bis 15 Vol.-% eines Fluorpolymers, wobei der Rest Polyamidimid-Harz neben gelegentlichen Verunreinigungen ist; und 3 bis 6 Vol.-% einer Silanverbindung. Ferner kann die polymerbasierte Schicht aus Kunststoff 12,5 Vol.-% Al, 5,7 Vol.-% PTFE-Partikel, 4,8 Vol.-% Silan, < 0,1 Vol.-% andere Komponenten und für den Rest neben gelegentlichen Verunreinigungen Polyamidimid aufweisen. Die polymerbasierte Schicht aus Kunststoff kann mindestens 60 Vol.-% einer polymerbasierten Matrix aus Kunststoffmaterial aufweisen (die Mengenverhältnisse sind in Bezug auf den Inhalt der Überzug-Schicht angegeben, nachdem das Polymer ausgehärtet worden ist).
1A zeigt die Lagerhalbschale 100, nachdem die Überzug-Schicht 104 aufgebracht und das Polymer ausgehärtet worden ist. 1B zeigt eine Querschnittsansicht der Struktur der Lagerhalbschale 100 von 1A.
Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt die Lagerhalbschale 100 eine Auskleidungsschicht 102B aus einer auf Aluminium-Zinn basierten Aluminiumlegierung, und das Pigment in der polymerbasierten Überzug-Schicht 104 ist ein blaues Pigment, z.B. Pulver aus Kupferphthalocyanin.
Das Polymer kann bei ungefähr 140 bis 240°C ausgehärtet werden. Das Wärmeaushärten kann durch Backen in einem Ofen oder Bestrahlen der Lagerhalbschale mit Infrarotstrahlung vorgesehen werden. Alternativ kann das polymerbasierte Material aus Kunststoff durch einen Prozess ohne Wärme ausgehärtet werden, zum Beispiel durch Belichtung mit ultraviolettem Licht.
Obwohl in 1A und 1B die polymerbasierte Überzug-Schicht 104 aus Kunststoff als eine einzelne Schicht gezeigt worden ist, welche ein Pigment aufweist, das homogen über die gesamte Schicht verteilt ist, sind auch andere Anordnungen möglich. 2 zeigt eine Alternative, bei welcher die Pigmentdichte vom Substrat entfernt (z.B. Trägerschicht 202A) größer ist als in der Nähe des Substrats, und z.B. einen Dichtegradienten des Pigments besitzt, welcher im Abstand von der Trägerschicht zunimmt.
Indem mehr Pigment vom Substrat entfernt (d.h. in der Nähe der freien Oberfläche der Lagerhalbschale) vorgesehen wird, kann das visuelle Erscheinungsbild des Pigments mehr betont werden und/oder weniger Pigment erforderlich sein. Dies ist von besonderem Vorteil wo der polymerbasierte Überzug aus Kunststoff einen nennenswerten Anteil an Partikeln zur Verbesserung der Leistung, wie beispielsweise Aluminiumschuppen, aufweist, welche die tieferen Regionen des Überzugs verdunkeln können. Ein derartiger Konzentrationsgradient kann dadurch vorgesehen werden, dass die Pigmentkonzentration variiert wird, wenn die Schicht durch Sprühen aufgebracht wird. Oder falls sie als eine Reihe von Teilschichten aufgebracht werden, z.B. durch Siebdruck, können die aufeinander folgenden Teilschichten mit einer steigenden Pigmentkonzentration aufgebracht werden oder nur mit Pigment in den letzten Teilschichten.
3 zeigt eine weitere Alternative, bei welcher Pigment in einer polymerbasierten Überzug-Schicht 403 aus Kunststoff vorgesehen ist, aber in einer weiteren polymerbasierten Schicht 306 aus Kunststoff zwischen dieser Überzug-Schicht und dem Substrat 302A und 302B nicht vorgesehen ist.
Bei dem Lager von 3 kann die oberste Schicht 304 eine dünne Einlaufschicht sein, welche im Einsatz relativ schnell abgenutzt wird (d.h. eine Opferschicht), und welche als ein nicht struktureller, visueller Identifikator vor der Benutzung dient. Obwohl sie in 1A in Bezug auf eine Lagerhalbschale dargestellt ist, richtet sich die vorliegende Erfindung gleichfalls an andere Gleitkomponenten für Motoren, einschließlich halbringförmige, ringförmige oder kreisförmige Druckscheiben und Hülsen.
Die Additive zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit (z.B. Trockenschmierpartikel, Silan und Metallpulver), welche innerhalb der polymerbasierten Matrix verteilt sind, liefern wesentliche Verbesserungen bei der mechanischen Leistungsfähigkeit der Gleitkomponente für Motoren, wie beispielsweise Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Haftung. Im Gegensatz dazu sorgt das zusätzliche Pigment im Wesentlichen nur für einen optischen Effekt, indem das visuelle Aussehen der polymerbasierten Schicht geändert wird und beeinträchtigt nicht die Leistungsfähigkeit der polymerbasierten Schicht und ändert insbesondere nicht die Leistungsfähigkeit jeglicher Additive zur Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit.
Insbesondere im Fall von erhöhter Verschleißfestigkeit sorgen die kombinierten Wirkungen des Trockenschmiermittels und Metallpulvers für einen synergetischen Effekt. Das zusätzliche Pigment beeinträchtigt nicht wesentlich den synergetischen Effekt des Trockenschmiermittels und Metallpulvers.
Wo die polymerbasierte Schicht andernfalls mit der Farbe der Trägerschicht übereinstimmen würde oder ihr ähnlich wäre (z.B. eine anderweitige silberfarbene Schicht auf einer Stahlträgerschicht oder einer Stahlträgerschicht mit einer Auskleidungsschicht aus Aluminium), ermöglicht es die Zugabe eines Pigments, welches visuell von der Farbe absticht, welche die Schicht andernfalls hätte, die Sicherheit während der Herstellung zu erhöhen, indem eine visuelle Unterscheidung zwischen Gleitkomponenten für Motoren, die mit einer gemischten polymerbasierten Überzug-Schicht beschichtet und nicht beschichtet worden sind, erleichtert wird, und zwischen verschiedenen Beschichtungen zu unterscheiden. Dies erleichtert es, zwischen Gleitkomponenten für Motoren mit unterschiedlichen Farben in einem automatisierten Qualitätskontrollprozess zu unterscheiden. Die Farbe, welche die Schicht andernfalls hätte, kann insbesondere in erster Linie durch die Farbe der Partikel zum Verbessern der mechanischen Leistungsfähigkeit bestimmt werden, und das Pigment sticht visuell von der Farbe des Partikels zum Verbessern der mechanischen Leistungsfähigkeit ab.
Außerdem kann in dem Fall, dass die polymerbasierte Schicht andernfalls nicht mit der Farbe des Substrats übereinstimmen würde oder ihr ähnlich wäre, die Zugabe des Pigments, welches von dem Erscheinungsbild, welches die polymerbasierte Schicht ohne das Pigment hätte, visuell absticht, es verschiedenen Überzug-Schichten mit denselben oder ähnlichen Additiven zum Verbessern der mechanischen Leistungsfähigkeit ermöglichen, unterschieden zu werden (z.B. kann die Verwendung des Pigments eine manuelle oder automatische Identifikation von verschiedenen Nachbehandlungen ermöglichen).
Die Zugabe eines Pigments ermöglicht es den Gleitkomponenten für Motoren, von denjenigen einer anderen Herkunft unterschieden zu werden, was so die Rückverfolgbarkeit verbessert.
Weiter noch kann die Zugabe des vorliegenden Pigments verhindern, dass es erforderlich ist, identifizierende Merkmale auf der Oberfläche der Komponente durch einen Stanzprozess oder durch einen zusätzlichen Druck- oder Ätzprozess aufzubringen, welche zusätzliche Fertigungsschritte erforderlich machen würden und den Betrieb der Komponente behindern können. Im Fall einer Lagerhalbschale zum Beispiel, besteht bei einer in die äußere Oberfläche gestanzten Identifikationsmarkierung die Gefahr, dass die innere Oberfläche, welche dafür ausgelegt ist, mit einem sich drehenden Zapfen mit sehr kleinen Toleranzen zusammenzuwirken, beschädigt wird. Ähnlich kann das Drucken oder Ätzen einer Identifikationsmarkierung auf der Außenseite einer Lagerhalbschale die Art und Weise, in welcher die Lagerhalbschale innerhalb ihres Gehäuses im Einsatz sitzt, beeinträchtigen, wodurch die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Die hier bereitgestellten Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Spezifikation bedeuten die Wörter „aufweisen“ und „enthalten“ und Variationen von ihnen „enthalten aber nicht darauf beschränkt“, und es liegt nicht in ihrer Absicht, andere Bausteine, Additive, Komponenten, ganze Zahlen oder Schritte auszuschließen (und tun dies nicht). In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Spezifikation umfasst der Singular den Plural, wenn es vom Kontext nicht anders verlangt wird. Insbesondere wo der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist die Spezifikation so zu verstehen, dass sowohl Pluralität als auch Singularität betrachtet wird, wenn es vom Kontext nicht anders verlangt wird.
Merkmale, ganze Zahlen, Besonderheiten, Verbindungen, chemische Bausteine oder Gruppen, welche in Verbindung mit einem besonderen Aspekt, einer besonderen Ausführungsform oder einem besonderen Beispiel der Erfindung beschrieben sind, sind so zu verstehen, dass sie für jeden anderen Aspekt, jede andere Ausführungsform oder jedes andere Beispiel, welche hier beschrieben sind, anwendbar sind, wenn sie hierzu nicht inkompatibel sind. Sämtliche in dieser Spezifikation offenbarten Merkmale (einschließlich jeglicher beigefügter Ansprüche, Zusammenfassung und Zeichnungen) und/oder sämtliche Schritte jeglichen so offenbarten Verfahrens oder Prozesses, können in beliebiger Kombination, außer Kombinationen, bei denen mindestens einige solcher Merkmale und/oder Schritte sich gegenseitig ausschließen, kombiniert werden. Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten von irgendwelchen vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf jedes beliebige neue oder jede beliebige neue Kombination der in dieser Spezifikation offenbarten Merkmal(e) (einschließlich jeglicher beigefügten Ansprüche, Zusammenfassung und Zeichnungen), oder auf jeden beliebigen neuen oder jede beliebige neue Kombination der Schritt(e) jeglichen so offenbarten Verfahrens oder Prozesses.
Die Aufmerksamkeit des Lesers wird auf sämtliche Papiere und Dokumente gerichtet, welche zusammen mit oder vor dieser Spezifikation in Verbindung mit dieser Anmeldung eingereicht wurden und welche zur öffentlichen Einsichtnahme offen liegen, und die Inhalte all dieser Papiere und Dokumente werden hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010066396 [0005]

Claims

Gleitkomponente für Motoren mit einer polymerbasierten Schicht aus Kunststoff auf der Oberfläche eines Metallsubstrates, wobei die polymerbasierte Schicht Folgendes aufweist: eine polymerbasierte Kunststoffmatrix; und ein Pigment mit einer zur Oberfläche des Substrates, auf welchem die polymerbasierte Schicht bereitgestellt wird, anderen Farbe.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine silberfarbene Stahlträgerschicht aufweist, die polymerbasierte Schicht aus Kunststoff direkt auf der Trägerschicht bereitgestellt ist, und das Pigment eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau hat.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Trägerschicht und eine silberfarbene aluminiumbasierte Auskleidungsschicht zwischen der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff und der Trägerschicht aufweist, und das Pigment eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau hat.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Trägerschicht und eine kupferbasierte Auskleidungsschicht zwischen der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff und der Trägerschicht aufweist, und das Pigment eine andere Farbe als Kupfer, Rot oder Braun hat.
Gleitkomponente für Motoren mit einer polymerbasierten Schicht aus Kunststoff auf einem Metallsubstrat, wobei die polymerbasierte Schicht Folgendes aufweist: eine polymerbasierte Kunststoffmatrix; und ein Pigment mit einer anderen Farbe als diejenige, welche die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment haben würde.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 5, wobei die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment silberfarben wäre, und das Pigment eine andere Farbe als Silber, Weiß oder Grau hat.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 5, wobei die polymerbasierte Schicht bei fehlendem Pigment kupferfarben, rot oder braun wäre, und das Pigment eine andere Farbe als Kupfer, Rot oder Braun hat.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die polymerbasierte Schicht ein Additiv zum Verbessern der mechanischen Leistungsfähigkeit aufweist, welches über die gesamte polymerbasierte Matrix verteilt ist.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 8, wobei das Additiv zum Verbessern der mechanischen Leistungsfähigkeit ein Partikel zum Verbessern der mechanischen Leistungsfähigkeit aufweist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pigment blau ist.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 10, wobei das Pigment einen Farbindex von 15,1 bis 15,3 besitzt.
Gleitkomponente für Motoren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Pigment Kupferphthalocyanin aufweist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Pigment schwarz ist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil des Pigments zwischen 5 und 20 Vol.-% liegt.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pigmentkonzentration an der vom Substrat entfernten Oberfläche der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff am größten ist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine weitere polymerbasierte Schicht aus Kunststoff, welche kein Pigment aufweist, die zwischen dem Substrat und der polymerbasierten Schicht aus Kunststoff, welche das Pigment aufweist, vorgesehen ist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pigment ein pigmentiertes Partikel aufweist, welches über die ganze polymerbasierte Matrix verteilt ist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pigment einen pigmentierten gelösten Stoff aufweist, welcher in der polymerbasierten Matrix gelöst ist.
Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleitkomponente für Motoren eine Komponente einer Gleitlagerbaugruppe ist, welche aus der Gruppe, bestehend aus Lagerschalenauskleidungen, Hülsen, Lageroberflächen von Kurbelwellen, Lageroberflächen von Nockenwellen, Lageroberflächen von Pleuelstangen, Druckscheiben, Lageroberflächen eines Lagerblocks und Lageroberflächen eines Lagerdeckels ausgewählt wird.
Motor, aufweisend eine Gleitkomponente für Motoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Gleitkomponente für Motoren, wie sie im Wesentlichen vorstehend in Bezug auf die beigefügte Beschreibung und/oder eine beliebige der Figuren beschrieben worden ist.
Motor, aufweisend eine Gleitkomponente für Motoren, wie sie im Wesentlichen vorstehend in Bezug auf die beigefügte Beschreibung und/oder eine beliebige der Figuren beschrieben worden ist.