DE3304740C2

DE3304740C2 - Mehrschichten-Gleitlager

Info

Publication number: DE3304740C2
Application number: DE3304740A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Chem.Dr. 6365 Rosbach Hodes; Peter 6200 Wiesbaden Lippok; Bernd Dipl.-Ing. 6502 Mainz-Kostheim Miotk
Original assignee: Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: Glyco AG
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1985-02-21
Also published as: BR8400447A; US4562122A; FR2540949B1; JPS59147118A; GB2137288A; GB2137288B; ES8501074A1; IT1175325B; GB8400805D0; IT8419517A0; ES529655A0; FR2540949A1; DE3304740A1

Abstract

Mehrschichten-Gleitlager mit einem festen metallischen Stützkörper, einer weicheren, metallischen Tragschicht und einer galvanisch aufgetragenen metallischen Gleitschicht, bei denen die Tragschicht und die Gleitschicht aus voneinander verschiedenen Metallen bzw. metallischen Legierungen bestehen und zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht eine Einlageschicht angebracht ist, werden in ihrem Betriebsverhalten wesentlich verbessert. Hierzu ist die mit der an sich bekannten Funktion des Entgegenwirkens von Diffusion von metallischen Bestandteilen ausgestattete Einlageschicht aus einer dauerhaften Flächenbindung mit dem Material der Gleitschicht eingehenden eigentlichen Bindungsschicht und einer dauerhaften Flächenbindung mit dem Material der Tragschicht eingehenden Vorschicht aufgebaut. Die metallischen Materialien der eigentlichen Bindungsschicht und der Vorschicht lassen sich an die metallischen Materialien der Gleitschicht bzw. Tragschicht angepaßt auswählen ohne harte oder versprödende Eigenschaften der Einlageschicht in Kauf nehmen zu müssen. Von besonderem Vorteil sind eine eigentliche Bindungsschicht aus Kupfer-Zinn-Legierung mit 30 bis 70 Gew.-% Zinngehalt und eine Vorschicht aus Zinn oder/und Zink. Dieser Schichtenaufbau hat besonderen Vorteil auch in Verbindung mit Rillenlagern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Mehrschichten-Gleitlager, die aus einem festen metallischen Stützkörper, einer weicheren metallischen Tragschicht aus zumindest Notlaufeigenschaften aufweisender Lagerlegierung, beispielsweise Aluminiumlegierung, und einer galvanisch aufgetragenen Gleitschicht aus zinnhaltiger Lagerlegierung auf Bleibasis bestehen, wobei zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht eine Einlage-Doppelschicht, enthaltend eine aus Kupferlegierung bestehende Schicht, angebracht ist und sich die Doppelschicht aus einer mit der Tragschicht verbundenen Vorschicht und einer auf diese galvanisch aufgebrachten, die Gleitschicht anbindenden Bindungsschicht aufbaut. Aus DE-OS 23 50 192 sind Mehrschichten-Gleitlager dieser Art bekannt, bei welchen die eine Schichtkomponenle der Einlage-Doppelschicht als dichter, einebnender Überzug dienen und aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen soll, während die andere Schichtkomponente aus Chrom oder einer Chromlegierung besteht. Dabei soll die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehende, einebnende Schicht auf der Tragschicht angebracht sein und die Schicht aus Chrom oder Chromlegierung sowohl das Abwandern von Zinn aus der Gleitschicht blockieren als auch das Entstehen von Zinnanreicherungen in der Gleitschicht ausschließen.

Die bekannte Einlage-Doppelschicht ist mit ihren beiden Schichtkomponenten auf diese Funktionen abgestimmt, wobei brauchbare Bindung zwischen der Tragschicht und der einebnenden Schicht aus Kupfer oder

ίο Kupferlegierung sowie zwischen der Gleitschicht und der Schicht aus Chrom oder Chromlegierung sicherlich erreichbar ist. Jedoch enthalten Tragschichten zur Erreichung ihrer Notlaufeigenschaften mehr oder weniger Zinn, dessen partielle Abwanderung in die einebnende Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung während des Betriebs des Gleitlagers unter erhöhter Temperatur nicht verhindert werden kann. Es entstehen dann zwar nicht zwischen der Gleitschicht und der Einlage-Doppelschicht, sondern zwischen der Tragschicht und der Einlageschicht die bekannten spröden intermetallischen Phasen aus Kupfer/Zinn, die nach kurzer Zeit unter dynamischer Belastung des Gleitlagers zum Ablösen der Gleitschicht zusammen mit der Einlageschichl von der Tragschicht führen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau für Mehrschichten-Gleitlager der eingangs angeführten Art vorzuschlagen, bei welchem die /.wischen der Tragschicht und der Gleitschicht angebrachte Einlageschicht wesentlich verstärkte Bindungseigenschaften sowohl zur Tragschicht als auch zur Gleitschicht hin bei Sicherstellung guter Diffusionsabsperrung für metallische Bestandteile der Tragschicht und der Gleitschicht entwickelt, wobei die Abriebeigenschaften der Einlageschicht zur Vermeidung von Fressen des Gegenläufers bei teilweise abgeriebener Gleitschicht an die Abriebeigenschaften der Gleitschicht und der Tragschicht anpaßbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindung.sgemäß dadurch gelöst, daß die aus Kupferlegierung bestehende Schicht mit 30 bis 70 Gew.-% Zinn, Rest vorwiegend Kupfer, als die Bindurgsschicht auf die Vorschicht, beispielsweise aus Zink oder/und Zinn, aufgebracht ist und eine Dicke von ca. 0.001 bis ca. 0,015 mm, vorzugsweise von etwa 0,001 bis 0,004 mm, aufweist.

Durch diesen Aufbau der Einlage-Doppelschicht wird nicht allein eine wesentlich verbesserte Bindung bzw. Bindungsvermittlung erreicht, sondern auch vermieden, daß durch Eindiffundieren von metallischen Bestandteilen aus der Gleitschicht und/oder der Tragschicht in die Einlageschicht die Bindungseigenschaften im Betrieb verschlechtert und die Gleiteigenschaften und Korrosionsfestigkeit, insbesondere der Gleitschicht, während des Betriebes nachteilig beeinflußt werden.

Als besonders überraschend hat sich ergeben, daß nach Verschleiß der Gleitschicht die Einlage-Doppelschicht, d. h. deren Bindungsschicht und deren Vorschicht, an den freigelegten Stellen überhaupt nicht mehr auf der Lagerlauffläche feststellbar ist oder in eine dünne Auflage auf der Tragschicht übergeht. Diese Erscheinung läßt sich offenbar damit erklären, daß die Bestandteile der eigentlichen Bindungsschichl und der Vorschicht mit den Additiven des Schmiermittels chemisch reagieren. Die Kupferlegierung aus der erfindungsgemäß die eigentliche Bindungsschicht gebildet

b5 ist, ist zwar keine eigentliche Diffusionssperrschicht für Zinn. Sie läßt sich aber mit ihrem Zinngehall so einrichten, daß sich eine Art von Gleichgewicht zwischen dem Zinngehull der Gleitschicht und dem Zinngehalt der

3indungsschicht ergibt, so daß keine nennenswerte oder merkliche Abwanderung von Zinn in der einen oder der anderen Richtung auftritt.

' Ähnlich verhält es sich mit der Vorschicht im Hinblick , auf die Tragschicht

Es ist zwar aus AT-PS 92 420 und DE-PS 3 54 248 bekannt, daß Zinn und Zink die Bindung fördernde Bestandteile für Mehrschichten-Gleitlager darstellen, jedoch läßt sich daraus nicht schließen, daß bei Benutzung von Zinn oder Zink in der Vorschicht einer Einlage-Doppelschicht das ungewollte Abwandern von metallischen Bestandteilen aus der mit der Vorschicht überdeckten Tragschicht und das ungewollte Einwandern von metallischen Bestandteilen in die Tragschicht praktisch verhindert werden können.

Die Dicke der Vorschicht kann sehr gering sein, vorzugsweise beträgt die Dicke der Vorschicht aus Zink oder/und Zinn <0,C015 mm.

Überraschende Vorteile bietet die Erfindung in Verbindung mit solchen Gleitlagern, bei denen die Gleitschicht in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht eingebettet ist und innerhalb dieser mit der Bindungsschicht und über jene mit der Vorschicht unterlegt ist. Bevorzugt erstrecken sich dabei die Bindungsschicht und die Vorschicht an den Rändern der streifenförmig in die Tragschicht eingebetteten Gleitschicht bis in die Lagerlauffläche. Hierdurch wird nicht allein eine auch seitliche Abdeckung der streifenförmigen Gleitschicht gegenüber der Tragschicht erreicht, sondern auch das Material der eigentlichen Bindungsschicht und das Material der Vorschicht in der Lagerlauffläche bereitgehalten. Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, daß sich dann das Material der eigentlichen Bindungsschicht und ggf. auch das Material der Vorschicht während des Betriebs des Gleitlagers über die in der Lagerlauffläche liegende Oberfläche der Tragschicht verteilt. Hierdurch werden neben den grundsätzlichen Vorteilen der Gleitlager mit in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht eingelegter Gleitschicht, wie erhöhte Belastungsfähigkeit, auch die Gleiteigenschaften wesentlich verbessert.

Will man die Materialien der eigentlichen Bindungsschicht und der Vorschicht in der Lager'auffläche wirksam werden lassen, so empfiehlt es sich, die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht eingebetteten Gleitschicht sich nach der Tiefe der Tragschicht hin verjüngend geneigt auszubilden, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel zwischen 45° und 75°. Die eigentliche Bindungsschicht und die Vorschicht sind dünn in der Lagerlauffläche schräg angeschnitten und halten dadurch unter Ausbildung einer vergrößterten Zugangsfläche mehr von ihrem Material in der Lagerlauffläche bereit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Halbschale eines erfindungsgemäßen Mehrschichten-Gleitlagers in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 einen Teilschnitt A-ßder Fig. 1, s'ark vergrößert, und

Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 2 an einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitzonen-Lager.

Im Beispiel der F i g. 1 und 2 weist das Mehrschichten-Gleitlager einen metallischen Stützkörper 5 aus Stahl, eine weichere, metallische Tragschicht 4 aus Aluminium-Lagermetall und eine Gleitschicht 1 aus einer Legierung, beispielsweise PbSnioCu2 oder aus Blei-Zinn-Legierung auf. Zwischen der Tragschicht 4 und der Gleitschicht 1 ist eine Einlage-Doppelschicht 2,3 angebracht, die aus einer eigentlichen Bindungsschicht 2 und einer Vorschicht 3 besteht. Die eigentliche Bindungsschicht 2 besteht aus einer Legierung mit einem prozentualen Zinngehalt zwischen 30 und 70 Gew.-%. Sie hat eine Dicke zwischen etwa 0,001 und etwa ö,015 mm. Die Vorschicht 3 besteht im Beispiel der F i g. 1 aus Zinn und hat eine Dicke von etwa 0,00! mm.

Zur Herstellung des Gleitlagers wurde zunächst bandförmiges Aluminium-Lagermetall auf ein Stahl-

lü band plattiert. Aus Zuschnitten aus diesem Bimetall-Material wurde die in Fig. 1 gezeigte Gieitlagerschale geformt. Nach dem Formen wurde auf die Oberfläche der Tragschicht 4 aus Aluminium-Lagermetall die Vorschicht 3 galvanisch aufgebracht Ober die Vorschicht 3 wurde die eigentliche Bindungsschicht 2 galvanisch aufgebracht. Schließlich wurde über diese eigentliche Bindungsschicht 2 die Gleitschicht 5 galvanisch aufgebracht. Bei Versuchen mit derartigen Gleitlagern hat sich gezeigt, daß die CuSn-Bindungsschicht 2 dann keine Ablösungserscheinungen und Lagerausfälle zeigte, wenn der prozentuale Anteil an Zinn in der CuSn-Bindungsschicht größer als 30 Gew.-% war. Die Diffusion von aus der galvanisch aufgebrachten Gleitschicht 1 abwanderndem Zinn, ist vernachlässigbar klein. Des weiteren wurde überraschenderweise bei den eingehenden Untersuchungen unter Mangelschmicrung festgestellt, daß selbst nach dem Verschleiß der aus PbSnCu oder PbSn bestehenden, galvanisch aufgebrachten Gleitscnicht 1 zwischen der CuSn-Bindungsschicht und den metallischen Wellenwerkstoff keine Freßerscheinungen auftraten. Dagegen wurden bei Versuchen unter gleichen Bedingungen mit Gleitlagern auf der Basis Stahl/ Aluminium-Lagermetall/Nickel-Zwischenschicht/galvanisch aufgebrachte Gleitschicht aus PbSnCu oder PbSn nach dem Verschleiß der Gleitschicht bei Prüfläufen Ausfälle (Fresser) festgestellt.

Versuchsreihen haben ergeben, daß die vorstehend geschilderten Vorteile der eigentlichen Bindungsschicht 2 nur dann erreicht werden, wenn zwischen der Tragschicht 4, insbesondere einer Tragschicht aus Aluminium-Lagermetall, und der eigentlichen Bindungsschicht 2 eine Vorschlicht 3 aus Zink oder/und Zinn und einer Dicke von etwa S 1.5 μιτι erzeugt wird.
Im Beispiel der F i g. 3 handelt es sich um ein hochbelastbares Gleitlager, bei dem die Gleitschicht 1 in streifenförmigen, sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Zonen, beispielsweise schraubenförmig angeordneten Zonen, in die Tragschicht 4 eingebettet ist. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Gleitschicht 1 innerhalb der Tragschicht 4 mit der eigentlichen Bindungsschicht 2 unterlegt. Unter der eigentlichen Bindungsschicht 2 liegt innerhalb der Tragschicht 4 die Vorschicht 3. Die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht 4 eingebetteten Gleitschicht 1 sind nach der Tiefe der Tragschicht 4 hin verjüngend geneigt mit einem Neigungswinkel λ der im dargestellten Beispiel etwa 60° beträgt. Dabei erstreckt sich die eigentliche Bindungsschicht 2 und die Vorschicht 3 an den Seitenrändern der Gleitschicht 1 bis in die Lagerlauffläche 6.

Dadurch wird die Lagerlauffläche 6 teilweise durch die Oberfläche der Tragschicht 4 und teilweise durch die Oberfläche der Gleitschicht 1 sowie zu einein weiteren Teil durch die schräg geschnittenen Querschnittsflächen der bindungsschicht und der Vorschiebt 3 gebildet. Das Material der Bindungsschicht 2 und das Material der Vorschicht 3 wird im Betrieb des Gleitlagers über die gesamte Lagerlauffläche 6 verteilt und bildet im Zusammenwirken mit im Schmiermittel enthaltenen Additiven

eine die gesamte Lagerlauffläche 6 überdeckende dünne Auflage, die die Gleiteigenschaften, insbesondere in den Oberflächenbereichen der Tragschicht 4, wesentlich verbessert.

Wie im Beispiel nach Fig. 1 und 2, kann auch in diesem Beispiel der Stützkörper 5 aus Stahl bestehen. Die Tragschicht 4 kann aus Aluminium-Lagermetall und die Gleitschicht 1 aus zinnhaltiger Lagerlegierung, beispielsweise PbSnCu oder PbSn, bestehen. Die Materialien und die Dicken der Bindungsschicht 2 und der Vorschicht 3 können im wesentlichen gleich wie im Beispiel der F i g. 1 und 2 vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Mehrschichten-Gleitlager, bestehend aus einem festen metallischen Stützkörper, einer weicheren metallischen Tragschicht aus zumindest Notlaufei genschaften aufweisender Lagerlegierung, beispielsweise Aluminiumlegierung, und einer galvanisch aufgetragenen Gleitschicht aus zinnhaltiger Lagerlegierung auf Bleibasis, wobei zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht eine Einlage-Doppelschicht, enthaltend eine aus Kupferlegierung bestehende Schicht, angebracht ist und sich die Doppelschicht aus einer mit der Tragschicht verbundenen Vorschicht und einer auf diese galvanisch aufgebrachten, die Gleitschicht anbindenden Bindungsschicht aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kupferlegierung bestehende Schicht mit 30 bis 70 Gew.-°/o Zinn, Rest vorwiegend Kupfer, als die Bindungsschicht (2) auf die Vorschicht (3), beispielsweise aus Zink oder/und Zinn, aufgebracht ist und eine Dicke von ca. 0,001 bis ca. 0,015 mm, vorzugsweise von etwa 0,001 bis 0,004 mm aufweist.

2. Mehrschichten-Gleitlager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke der Vorschicht (3) aus Zink oder/und Zinn £ 0,0015 mm.

3. Mehrschichten-Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (1) in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht (4) eingebettet und innerhalb dieser mit der Bindungsschicht (2) und über jene mit der Vorschicht (3) unterlegt ist.

4. Mehrschichten-Gleitiager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungsschicht (2) und die Vorschicht (3) an den Rändern der streifenförmig in die Tragschicht (4) eingebetteten Gleitschicht (1) sich bis in die Lagerlauffläche (6) erstrckken.

5. Mehrschichten-Gleitlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht (4) eingebetteten Gleitschicht (1) sich nach der Tiefe der Tragschicht (4) hin verjüngend geneigt sind, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel (λ) zwischen 45° und 75°.