DE3934141A1 - Mehrschichtgleitlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitlager, das für den Gebrauch in einem Innenverbrennungsmotor vorgesehen ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Mehrschichtgleitlager für die Pleuelstangen und die Kurbelwellen.

Mehrschichtgleitlager sind bekannt und weit verbreitet. Ein typisches Mehrschichtgleitlager ist das sogenannte Trimetallager, das aus einer Stützplatte, im allgemeinen aus Stahl oder Aluminium, einer Zwischen­ schicht, im allgemeinen eine Aluminium- oder Kupferlegierung, manchmal aus einer Diffusions- oder Bindungsschicht aus Nickel, Aluminium, Zink oder Legierungen daraus, und aus einer Gleitschicht, im allgemeinen aus einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung, besteht. Solche Arten von Lager wei­ sen gute Eigenschaften hinsichtlich Materialermüdung und Abnützung, hin­ sichtlich der Einbettung von Fremdteilchen, hinsichtlich der Fähigkeit, sich an Fehlausrichtungen des Kolbens anzupassen, und hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit auf. Für bestimmte Anwendungen jedoch wäre es wünschenswert und vorteilhaft, ein Gleitlager zu haben, dessen Gleit­ schicht bei Beibehaltung der guten Korrosionsbeständigkeit, Einbettbar­ keit und Anpaßbarkeit eine Materialstruktur in solcher Weise aufweisen würde, daß der Gleitschicht eine höhere Verschleißfestigkeit und insbe­ sondere Beständigkeit gegen Materialermüdung verliehen würde, die, wie bekannt ist, durch zyklische Belastungen des Lagers verursacht wird. Es ist daher die Hauptaufgabe der Erfindung, ein Mehrschichtgleitlager zu schaffen, das eine Gleitschicht aufweist, die sowohl ausgezeichnete Eigen­ schaften hinsichtlich der Einbettbarkeit, der Anpaßbarkeit, der Korrosions-, der Abnützungs- und Ermüdungsbeständigkeit aufweist.

Auf der Grundlage des Bedarfs an Gleitlagern mit den obengenannten wünschenswerten Eigenschaften war ein Lager zu entwickeln, bei dem die Gleitschicht des Gleitlagers durch eine Struktur charakterisiert ist, die aus mehreren Schichten besteht und eine höhere Ermüdungs- und Verschleißbeständigkeit aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Insbesondere ist die Gleitschicht bei dem Lager gemäß der Erfindung aus alternierenden Schichten von härteren und weicheren Materialien zusam­ mengesetzt, und weist mindestens zwei äußere Schichten aus weicherem Material und mindestens eine Schicht aus härterem Material auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die laminier­ te Struktur der Gleitschicht durch alternierendes Ablagern oder Bilden einer Kupfer-Zinn-Blei-Schicht und einer Kupfer- oder Kupfer-Zinn-Legie­ rungsschicht hergestellt, wobei die Kupfer-Zinn-Legierung einen Zinnge­ halt von 1 bis 40 Gew.-%, mit Bleieinschlüssen oder ohne Bleieinschlüsse, aufweist. Die Aufgabe des Kupfers in der Laminatstruktur ist die Erhöhung der Materialhärte. Dementsprechend wird die Belastungskapa­ zität des Lagers vergrößert, wobei die Verschleißfestigkeit sowohl der Gleitschicht als auch der Zwischenschicht verbessert wird.

Das Lager gemäß der Erfindung wird schematisch in der beigefügten Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Teil des Lagers mit einer Stützschicht 1, im allgemeinen aus Stahl oder Aluminium; einer Zwischen­ schicht 2, gewöhnlich aus Aluminium oder einer Kupferlegierung; einer Diffusions- oder Bindungsschicht 3; zwei Schichten eines weicheren Mate­ rials 4 a, im allgemeinen einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung, die jeweils voneinander durch eine Schicht härteren Materials 4 b, gewöhnlich Kupfer oder eine Kupfer-Zinn-Legierung mit Bleieinschlüssen oder ohne Bleiein­ schlüsse, getrennt ist. Die Schichten 4 a und 4 b stellen die Gleitschicht 4 dar. Die erste Schicht, die auf der Diffusions- oder Bindungsschicht 3 niedergeschlagen ist - oder die bei Fehlen einer solchen Schicht 3, direkt auf der Zwischenschicht 2 niedergeschlagen ist - und die Schicht, die die Außenfläche der Gleitschicht 4 darstellt, bestehen immer aus einem weicheren Material 4 a. Die Schicht 5 stellt den Korrosionsschutz für die Gleitschicht dar.

Zur Herstellung der Laminat-Gleitschicht gemäß der Erfindung können das Gießverfahren, das Elektroplattierverfahren (Galvanotechnik) oder physika­ lische Dampfniederschlagung (Kathodenzerstäubung) eingesetzt werden. Die Gesamtdicke der Laminatgleitschicht 4 ist die gleiche wie bei einer konventionellen Gleitschicht, d.h. so, als ob keine Kupferschichten oder Kupfer-Zinn-Legierungsschichten vorhanden wären. Diese Dicke liegt im allgemeinen zwischen 2 und 30 µm. Die Dicke jeder Schicht des weiche­ ren Materials 4 a, d.h., der Kupfer- Zinn-Blei-Legierung, beträgt 1 bis 20 µm. Die Dicke jeder Schicht des härteren Materials 4 b, d.h. des Kupfers oder der Kupfer-Zinn-Legierung, beträgt 0,3 bis 4 µm.

Die Zahl der Schichten der Kupfer-Zinn-Blei-Legierung und der Schichten aus Kupfer oder Kupfer/Zinn, wie sie in der Zeichnung gezeigt ist, ist nur beispielshaft. Solche Schichten können in einer beliebigen Zahl in Abhängigkeit der Lagerlastbedingungen vorgesehen sein.

Versuche haben gezeigt, daß das Lager gemäß der Erfindung eine höhere Lastkapazität aufweist, was zu einer Vergrößerung der Ermüdungsbestän­ digkeit führt. Reibungs- und Verschleißversuche haben auch einen geringe­ ren Verschleiß der Gleitschicht erwiesen. Auf der anderen Seite sind alle anderen wichtigen Eigenschaften der Gleitschicht - gute Korrosionsbestän­ digkeit, gute Einlagerungsfähigkeit und Anpaßbarkeit - beibehalten.

Das erfindungsgemäße Lager ist anhand eines Trimetallagers erläutert und beschrieben. Es ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Gleit­ schicht mit Laminatstruktur ebenfalls auf Lager übertragen werden kann, die als Bimetallager bekannt sind, und bei denen die Gleitschicht direkt auf der Stützschicht angebracht ist.

Zusammenfassend ist ein Mehrschichtgleitlager beschrieben, das sich aus einer Stützschicht 1, einer Zwischenschicht 2, einer Diffusions- oder Bin­ dungsschicht 3 und einer Gleitschicht zusammensetzt. Die Gleitschicht hat eine laminare Struktur, die aus dem alternierenden Niederschlag von Schichten eines weicheren Materials 4 a und Schichten eines härteren Ma­ terials 4 b gebildet wird.

Claims (7)

1. Mehrschichtgleitlager für Innenverbrennungsmotoren, welches Lager eine Stützplatte (1) - gegebenenfalls eine Zwischenschicht (2) und eine Diffusions- oder Bindungsschicht (3) - und eine Gleitschicht (4) auf­ weist, wobei die Gleitschicht (4) aus einer Laminatstruktur zusammenge­ setzt ist, die durch das alternierende Vorsehen von separaten Schichten eines weicheren Materials (4 a) und eines härteren Materials (4 b) gebildet ist, welche Laminatstruktur an ihren äußersten Schichten durch Schichten eines weicheren Materials (4 a) definiert ist und mindestens zwei äußerste Schichten aus weicherem Material (4 a) und eine innere Schicht härteren Materials (4 b) umfaßt.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, bei dem die Schichten des weiche­ ren Materials (4 a) aus einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung und die Schichten des härteren Materials (4 b) aus Kupfer oder einer Kupfer-Zinn-Legierung bestehen.

3. Gleitlager nach Anspruch 2, bei dem der Zinngehalt in der Kupfer-Zinn-Legierung des härteren Materials (4 b) zwischen 1 und 40 Gew.-% liegt.

4. Gleitlager nach Anspruch 2, bei dem die Kupfer-Zinn-Legierung der härteren Materialschicht (4 b) Bleieinschlüsse aufweist.

5. Gleitlager nach Anspruch 1 bei dem die Gleitschicht (4) eine Dicke von 2 bis 30 µm aufweist.

6. Gleitlager nach Anspruch 1, bei dem jede Schicht des weicheren Materials (4 a) eine Dicke von 1 bis 20 µm und jede Schicht des härteren Materials (4 b) eine Dicke von 0,3 bis 4 µm aufweist.

7. Gleitlager nach Anspruch 1, bei dem die Gleitschicht (4) durch Gießen, Elektroplattieren oder physikalischen Dampfniederschlag (Sput­ tering) hergestellt wird.