DE2509109A1 - Verbundgleitlager - Google Patents

Description

• Verbundgleitlager Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbundgleitlager mit einer Lagermetallschicht aus einer Kupfer- oder Leichtmetallegierung, einer Zwischenschicht und einer darauf aufgebrachten Blei-Zinn-IfupferlauSschicht.
• Moderne Hochleistungsgleitlager weisen im allgemeinen eine Stahlstützschale auf, die dem Lager die für die feste Einspannung und den guten Sitz notwendige Festigkeit verleiht.
• In dieser Stahlstützschale befindet sich dann die Lagermetallschicht, die aus einer Lagerlegierung auf t.Supfer- oder Leichtmetallbasis besteht. Die Stahlstützschale kann auch entfallen, wenn die Lagermetallschicht selbst eine entsprechende Festigkeit aufweist. Bei der Laufschicht handelt es sich um eine in der Regel galvanisch aufgetragene Schicht aus einer Blei-Zinn-Kupferlegierung.
• Bei solchen Lagern würde nun, falls als Lagermetallschicht eine Lagerlegierung auf Kupferbasis gewählt wird, bei höheren Betriebstemperaturen des Lagers aus der Laufschicht Zinn in die Lagermetallschicht eindiffundieren und dadurch einerseits zu verminderter Korrosionsfestigkeit der Laufschicht und anderseits durch Bildung spröder Eupfer-Zinn-Phasen in der Ubergangszone unter erschwerten Betriebsbedingungen zum Ablösen der Laufschicht führen.
• Es ist bereits bekannt, die Lagermetallschicht vor dem Aufbringen der Laufschicht mit einer Zwischenschicht aus einem Metall der Eisengruppe oder Messing oder Kupfer bzw.
• einer sonstigen Kupferlegierung zu überziehen. Es hat sich aber gezeigt, daß derartige Zwischenschichten gegebenenfalls die Bildung von spröden, störenden Phasen in der Ubergangszone verhindern, daß sie aber nicht imstande sind, die Abwanderung des Zinns aus der Laufschicht zu blockieren. Es wird lediglich eine Verzögerung der Zinnabwanderung erreicht, und es bildet sich in der Laufschicht in der Ubergangszone zu der anschließenden Zwischenschicht eine åe nach höhe und Dauer der Temperatureinwirkung mehr oder weniger dicke Zone mit einer Zinnenreicherung, die zufolge des mit der Temperatur und der Dauer der Temperatureinwirkung ansteigenden Anteils an Eutektikum (Schmelzpunkt 183°C) eine nur geringe 'warmhärte aufweist.
• Unter extremen Betriebsbedingungen kann dann der eutektische Schmelzpunkt örtlich oder an größeren Teilen der Lauffläche überschritten werden, was durch Anschmelzen der zinnreichen Zone zu scren Lagerschäden durch Laufschichtzerstörung führt.
• Dieser Nachteil zeigt sich in gleicher eise bei Verbundgleitlagern, deren Lagermetallschicht aus einer Leichtmetallegierung besteht. Die Zwischenschicht ist zwar bei solchen Lagern nicht wegen der zu befürchtenden Zinndiffusion, sondern als Deckschicht erforderlich, welche die Leichtmetalllegierung während des Auftragens der Laufschicht vor dem Angriff der Laufschichtelektrolyten schützt, doch ergibt sich letztlich die gleiche Problematik der Zinnanreicherung zufolge der nicht völlig diffusionsneutralen Zwischenschicht.
• Es ist ferner bekannt, die Zinnabwanderung dadurch verhindern zu wollen, daß man die Laufschicht mit erhöhtem Kupfergehalt ausführt, um so das Zinn in der Laufschicht zurückzuhalten (DT-AS 1 077 026). Auch wenn man dabei eine Laufschicht wählt, deren Ku ; ranteil sich über die Laufschichtdicke stetig verändert, wird, da die vorstehend beschriebene Zwischenschicht fehlt, der gewünschte Effekt der Verhinderung einer Zinnanreicherung bzw0 der Verhinderung der Bildung der spröden Kupfer-Zinn-Phasen nicht erreicht.
• Die feine und gleichmäßige Verteilung des Kupfers in der Laufschicht trägt zur Vermeidung der Zinnabwanderung offensichtlich ebensowenig bei wie die stetige Veränderung des Kupfergehalts über die Laufschichtdicke.
• Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, alle diese Mängel zu beseitigen und ein Verbundgleitlager der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem störende Zinnanreicherungen in der Laufschicht bzw. an der Grenze zur Zwischenschicht auch bei extremen Betriebsbedingungen mit Sicherheit vermieden werden.
• Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Laufschicht aus mehreren übereinanderliegenden Zonen mit gegeneinander sprunghaft geändertem Kupfergehalt besteht. Die erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, daß man die Zinnanreicherung nicht grundsätzlich verhindern muß, daß es vielmehr nur darauf ankommt, die Dicke und den Zinngehalt dieser Diffusionszone so zu vermindern, daß keine störenden Auswirkungen mehr auftreten. Durch die erfindungsgemäße Unterteilung der Laufschicht in mehrere Zonen mit sprunghaft geändertem Kupfergehalt wird die Anzahl der die Diffusion auslösenden Grenzen zwischen Zonen verschiedenen Kupfergehalts vervielfacht und dementsprechend die jeweilige Zinnanreicherung an den einzelnen Grenzen auf ein ungefährliches Maß herabgesetzt.
• Um eine Vielzahl ausgeprägter Grenzen zu erreichen, wechseln in der Laufschicht Zonen höheren Kupfergehalts mit Zonen niedrigeren Iupfergehalts ab.
• Erfindungsgemäß ist die Dicke der einzelnen Laufschic.-itzonen verschieden, und zwar ist es zweckmäßig, wenn die Laufschichtzonen höheren Kupfergehalts jeweils dünner als jene mit niedrigererwrupfergehalt ausgebildet sind. Dadurch, daß die Jic1te der Laufschichtzonen verschieden gewählt ;:in( t sich die Durchscimittshärte der Gesamtlaufschicht variieren, wobei durch die jeweils dünneren Schichten höheren Kupfergehalts eine zu große Aufhärtung des Lagers vermieden wird. Die Erfindung gibt auch die ilöglichkeit, den Kupfergehalt der Laufschichtzonen höheren Kupfergehaltsund/oder jener der Laufschichtonen niedrigeren Kupfergehalts von Zone zu Zone zu ändern, um auf diese Gleise verschiedene Lagereigenschaften, beispielsweise eine härtere Laufschichtoberfläche verbunden mit weicherem Untergrund, zu erreichen.
• In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise und rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 den Schichtaufbau eines Verbundgleitlagers und Fig. 2 den Verlauf des Kupfergehalts über die Laufschichtdicke.
• Auf einer Lagermetallschicht 1 aus einer I<upfer- oder Leichtmetallegierung ist eine Zwischenschicht 2 aufgebracht, die aus einem Metall der Lisengruppe bzw. einer Legierung aus solchen Metallen oder aus Messing bestehen kann. Über der Zwischenschicht befindet sich eine Blei-Zinn-Kupferlaufschicht 3. Diese Laufschicht besteht ihrerseits aus vier Zonen 4 mit geringerem Kupfergehalt und drei Zonen 5 höheren Kupfergehalts, wie sich dies aus dem Vergleich der Fig. 1 und 2 klar ergibt, wobei in Fig. 2 auf der Abszisse der Kupfergehalt und auf der Ordinate die Laufschichtdicke aufgetragen sind.
• Durch die Unterteilung der Laufschicht 3 in insgesamt sieben verschiedene Zonen ergeben sich auch sieben hinsichtlich einer Zinnanreicherung maßgebliche Grenzen, zwischen diesen Zonen verschiedenen I(upfergehalts, was durch Punkte in Fig. 1 angedeutet ist. Die Vielzahl der Grenzen hat zur Folge, daß die Dicke der Diffusionszonen an den Grenzen und die Höhe ihres Zinngehalts jeweils so gering sind, daß auch bei extremen Lagerbelastungen keine störenden Auswirkungen auftreten können. Das Aufbringen der in die Zonen 4, 5 unterteilten Laufschicht 3 auf die Zwischenschicht 2 bereitet keine Schwierigkeiten, da während des elektrolytischen Abscheidungsprozesses lediglictldie Abscheidungsbedingungen, insbesondere die Stromdichte, verändert zu werden brauchen.
• Es überschreitet nicht den Rahmen der Erfindung, wenn der Kupfergehaltder Laufschichtzonen 5 von der Zwischenschicht 2 an zur Laufschichtoberfläche hin geändert wird (in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet). Auch der Kupfergehalt der Laufschichtzonen 4 könnte variiert werden.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ii c h e :

1. Verbundgleitlagermit einer Lagermetallschicht aus einer Kupfer- oder leichtmetallegierung, einer Zwischen schicht und einer darauf aufgebrachten Blei-Zinn-Kupferlaufschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschicht (3) aus mehreren übereinanderliegenden Zonen (4,5) mit gegeneinander sprunghaft geändertem Kupfergehalt besteht.

2. Verbundgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Laufschicht (3) Zonen (5) höheren Kupfergehalts mit Zonen (4-) niedrigeren Kupfergehalts ab, wechseln.

3. Verbundgleitlager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der einzelnen Laufschichtzonen (4, 5) verschieden ist.

4. Verbundgleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 3, daduroh gekennzeichnet, daß die Laufschichtzonen (5) höheren Kupfergehalts jeweils dünner als jene (4) mit niedrigerem Kupfergehalt ausgebildet sind.

5. Verbundgleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kupfergehalt der Laufschichtzonen (5) höheren Kupfergehalts und/oder jener der LaufschBhtzonen (4) niedrigeren Kupfergehalts von Zone zu Zone ändert.