DE4008671A1 - Radial-axialgleitlager in form von bundlager oder bundbuchse sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Radial-axialgleitlager in form von bundlager oder bundbuchse sowie verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft Radial-Axialgleitlager in Form von Bundlagern oder Bundbuchsen, bei welchen der zumindest an einer Stirnseite vorgesehene, den Axialgleitlagerteil bildende Bund einstückig mit dem Radiallagerteil dadurch verbunden ist, daß eine für Radiallagerteil und Axiallagerteil gemeinsamer Stützkörper, vorzugsweise aus Stahl, an einer oder beiden Stirnseiten des gewölbten Radiallagerteiles radial auswärts zu einem Bund geformt ist und im Radiallagerteil und Axiallagerteil entsprechend den in diesen Gleitlagerteilen auftretenden unterschiedlichen Belastungen unterschiedliche Lagermetalle trägt, wobei das Lagermetall im Radiallagerteil bevorzugt in Art eines Dreistofflagers mit guten Notlaufeigenschaften aufgebaut ist.
Radial-Axialgleitlager dieser Art sind aus DE-OS 39 02 418 bekannt, wobei sowohl der Radiallagerteil als auch der Axiallagerteil eine Lagermetallschicht, beispielsweise auf Aluminiumbasis (AlZn4,5) aufweisen sollen. Die Lagermetallschicht kann aufplattiert sein. Über die Lagermetallschicht ist sowohl im Radiallagerteil als auch im Axiallagerteil zunächst eine Laufschicht, beispielsweise aus PbSnCu-Legierung, aufgebracht. In einem weiteren Herstellungsgang wird diese Laufschicht im Radiallagerbereich durch Ionenbeschuß abgetragen und durch eine aufgesputterte Laufschicht ersetzt, während im Axiallagerbereich die galvanisch aufgebrachte Laufschicht erhalten bleiben soll. Diese bekannten Radial-Axialgleitlager haben jedoch den Mangel, daß die Behandlung des Radialgleitlagerteiles mit Ionenbeschuß zur Entfernung des galvanisch aufgebrachten Gleitschichtbelages und das anschließend vorzunehmende Aufsputtern einer neuen Gleitschicht, zeitmäßig und hinsichtlich der Gestehungskosten des Lagers erheblich aufwendig sind und eine mehr oder weniger starke Beschränkung in der Werkstoffkombination von Radiallagerteil und Axiallagerteil bedingen.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, verbesserte Radial-Axialgleitlager der oben angegebenen Art zu schaffen, die sich wirtschaftlich günstig herstellen lassen und wesentlich mehr Kombinationsmöglichkeiten bezüglich des stofflichen Aufbaus im Radiallagerteil und im Axiallagerteil bieten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lagermetall im Axiallagerteil nur als ein- oder mehrschichtige Gleitschicht auf den Stützkörper aufgespritzt ist.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß in dem normalerweise stärker beanspruchten Radiallagerteil der Lageraufbau bzw. Schichtenaufbau und die stoffliche Zusammensetzung praktisch unabhängig von der für den Axiallagerteil vorgesehenen Schichtenaufbau und stofflichen Zusammensetzung gewählt werden können. Dabei lassen sich Bearbeitungsmethoden einsetzen, die relativ schnell durchführbar sind und nur geringen Kostenaufwand bedingen.
Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, daß das Aufspritzen eines Schichtenaufbaus bzw. einer Gleitschicht im Axialgleitlagerteil keine nachteilige Beeinflussung am Lageraufbau des Radiallagerteiles hervorruft und sich ein aufgespritzter Gleitlageraufbau im Axialgleitlagerteil durch gute Funktionseigenschaften auszeichnet.
Innerhalb der durch die Erfindung ermöglichten umfangreichen Kombinationsmöglichkeiten bietet sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dahingehend, daß das auf den Stützkörper des Axiallagerteils gespritzte Lagermetall und das im Radiallagerteil aufgebrachte Lagermetall Legierungen gleicher Basis, aber unterschiedlicher Zusammensetzung sind. Beispielsweise können das im Axiallagerteil auf den Stützkörper gespritzte Lagermetall und das im Radiallagerteil aufgebrachte Lagermetall Aluminiumlegierungen unterschiedlicher Zusammensetzung sein. In anderer, beispielsweiser Ausführung können das im Axiallagerteil auf den Stützkörper gespritzte Lagermetall und das im Radiallagerteil aufgebrachte Lagermetall Kupfer-Basislegierungen unterschiedlicher Zusammensetzung sein.
Eine andere, vorteilhafte Kombinationsmöglichkeit ist beispielsweise dahingehend denkbar, daß das im Axiallagerteil auf die Trägerschicht gespritzte Lagermetall eine Aluminium-Basislegierung und das im Radiallagerteil aufgebrachte Lagermetall eine Kupfer-Basislegierung sind. Umgekehrt können aber auch das im Axiallagerteil auf den Stützkörper gespritzte Lagermetall eine Kupfer-Basislegierung und das im Radiallagerteil aufgebrachte Lagermetall eine Aluminium-Basislegierung sein.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Radial-Axialgleitlager kommt ein Verfahren in Betracht, in welchem bei einem durch Aufgießen oder Aufplattieren des Lagermetalls gebildeten Schichtwerkstoff in den Bereichen der Biegestellen und im Axiallagerteil der Stützkörper durch spanende Bearbeitung von dem Lagermetall freigelegt wird und in den Bereichen der Axiallagerteile der für dieses vorgesehene Lagermetall unter Bildung einer Gleitschicht aufgespritzt wird.
Diese Herstellungsweise läßt spanende Bearbeitung zum Freilegen des Stützkörpers vom Lagermetall in den für die Axiallagerteile vorgesehenen Bereichen zu, also zeitsparende und kostensparende Bearbeitungsweise ohne Risiko, daß die Bindungsfestigkeit des in den Axiallagerbereichen aufgespritzten Lagermetalls am Stützkörper beeinträchtigt werden könnte. Das Aufspritzen des Lagermetalls in den Axiallagerteilen kann bevorzugt nach dem Formen des Bundlagers bzw. der Bundbuchse vorgenommen werden. Hierdurch ist keinerlei Rücksicht darauf zu nehmen, ob das aufzuspritzende Lagermetall ausreichende Bindungsfestigkeit mit dem Stützkörper aufweist, um die Umformung zum Bundlager oder zur Bundbuchse unbeschadet zu überstehen.
Andererseits läßt sich durch geeignete Werkstoffauswahl auch sicherstellen, daß die Bindungsfestigkeit und die Verformungsfähigkeit der aus Lagermetallen bestehenden Schichtverbundwerkstoffe nach dem Aufspritzen ausreicht, um die Umformung zum Bundlager oder zur Bundbuchse erst nach dem Spritzvorgang vorzunehmen. Hierdurch läßt sich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens steigern. Zur Durchführung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in der Weise vorgegangen werden, daß bei einem Schichtwerkstoff- Band, das mit einem für den Radiallagerteil vorgesehenen Lagermetall begossen ist, seitlich des für den Radiallagerteil vorgesehenen Streifens das Lagermetall in Seitenbereichen bis auf die Oberfläche des Stützkörpers fortlaufend abgetragen wird, wobei die Breite der freigelegten Seitenbereiche den Axiallagerteilen einschließlich der Biegungsbereiche entspricht, und daß in diesen freigelegten Seitenbereichen schmalere Streifenbereiche, deren Breite denjenigen der zu bildenden Axiallagerteile entsprechen, durch Spritzen fortlaufend mit einer Schicht aus für das jeweilige Axiallagerteil vorgesehenem Lagermetall belegt werden und daß aus diesem Schichtwerkstoff-Band, ggf. nach vorherigem Schneiden von Platinen, die Bundlager oder Bundbuchsen geformt werden.
Das Aufspritzen des für den Axiallagerteil vorgesehenen Lagermetalls kann im Rahmen der Erfindung durch Luftplasmaspritzen, Vakuumplasmaspritzen, Lichtbogenspritzen oder durch Flammspritzen erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bundlagerschale in stirnseitiger Ansicht,
Fig. 2 die Bundlagerschale gemäß Fig. 1 in Draufsicht auf die Lauffläche des Radiallagerteiles,
Fig. 3 eine Platine für die Herstellung einer Bundlagerschale gemäß Fig. 1 und 2 in Draufsicht,
Fig. 4 die Platine gemäß Fig. 3 im Schnitt 4-4 und
Fig. 5 schematisch das Aufspritzen des für den Axiallagerteil vorgesehenen Gleitlagerwerkstoffs nach Umformung der Platine in eine Bundlagerschale.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine einstückig hergestellte Bundlagerschale 11, bestehend aus dem Radiallagerteil 12 und den Axiallagerteilen 13.
Im dargestellten Beispiel ist das Radiallagerteil 12 mit einem Lagermetall 22 versehen, das für hohe Belastungen ausgelegt ist, während die Axiallagerteile 13 mit einer Beschichtung 27 für erheblich geringer bezogene Belastungen ausgebildet sein können. Das Lagermetall 22 ist auf einem Stützkörper 21 in Gestalt einer stählernen Stützschale aufgebracht.
Ist beispielsweise die Bundlagerschale 11 für ein Hauptlager bei hochbelasteten Nutzfahrzeugmotoren gedacht, kann beispielsweise der Radiallagerteil 12 in Art eines hochfesten Dreischicht-Verbundwerkstoffes (z. B. Stahl/CuPb22Sn2/PbSn10Cu oder Stahl/AlZn4,5SiCuPbMg/PbSn10Cu oder Stahl/CuPb10Sn10/ AlSn20 [gesputtert]) ausgebildet sein. Am Axiallagerteil 13 bzw. den Axiallagerteilen sind die bezogenen Belastungen üblicherweise weniger als 5 N/mm² und damit um ca. eine Zehnerpotenz geringer als im Radiallagerteil. Darüber hinaus treten die Belastungen im Axiallagerteil nur kurzzeitig und nicht als Dauerlast auf. Während im Radiallagerteil überwiegend hydrodynamische Betriebszustände herrschen, stellt sich am Axiallagerteil bzw. an den Axiallagerteilen in den meisten Fällen kein hydrodynamisches Gleichgewicht ein. Es überwiegen vielmehr Mischreibungszustände mit hohen Festkörper-Reibungsanteilen. Für den Axiallagerteil 13 bzw. die Axiallagerteile kommen bei in Verbrennungskraftmaschinen einzusetzenden Bundlagerschalen 11 vorzugsweise Beschichtungen aus AlSn20Cu oder AlPb30 in Frage. Weitere Lagerwerkstoffkombinationen für den Radiallagerteil 12 und den Axiallagerteil 13 ergeben sich beispielsweise aus der folgenden Tabelle:
Tabelle
Eine Möglichkeit für die Herstellung von Bundlagerschalen 11 oder Bundbuchsen ist entsprechend der Darstellung der Fig. 3 bis 5 wie folgt:
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Platine 25, bestehend aus Stützkörper 21 sowie den Lagermetallen 22 und ggf. 27, abgeschnitten von einem Endlosband.
Wie der Teil a) von Fig. 4 zeigt, wird der Stützkörper 21 auf der einen Oberfläche vollständig mit einem Lagermetall 22 belegt. Je nach Zusammensetzung kann das Lagermetall 22 auf den Stützkörper 21 gegossen oder plattiert werden. Die Platine 25 wird - wie Fig. 4b zeigt - an der beschichteten Seite, in den Seitenbereichen 24, einer spanenden Bearbeitung unterworfen, bei der ein der Breite "A" des späteren Radiallagerteiles 12 (Fig. 1) entsprechender Streifen 23 aus Lagermetall 22 erhalten bleibt, der nur noch evtl. zur Schichtdickeneinstellung bearbeitet wird.
Das Lagermetall 22 wird, wie aus der Zeichnung 4b) weiterhin ersichtlich, durch die spanende Bearbeitung bis zum Freilegen des stählernen Stützkörpers 21 entfernt. Aus der derart von einem Schichtwerkstoffband abgeschnittenen Platine 25 könnten nun Bundlagerschalen 11 oder Bundbuchsen (nicht dargestellt) gefertigt werden, die beispielsweise an beiden Stirnseiten je einen Bund bzw. Axialgleitlagerteil 13 (Fig. 1) aufweisen.
Es ist jedoch auch denkbar, ein derart vorbereitetes Endlosband nur seitlich auf die für die Herstellung der Bundlagerschalen bzw. Bundbuchsen erforderliche Breite zuzuschneiden und direkt (ohne Bildung von Platinen 25) in einem Rollformverfahren in Bundlagerschalen oder Bundbuchsen überzuführen.
An der aus einer Platine 25 gemäß Fig. 4b gefertigten Bundlagerschale oder Bundbuchse werden - wie in Fig. 5 bei 26 angedeutet - die Axiallagerteile 13 durch Spritzen mit einem Lagermetall 27 anderer Zusammensetzung als das Lagermetall 22 des Radiallagerteils 12 beschichtet. Je nach Art des zur Beschichtung vorgesehenen Lagermetalls 27 kann das jeweilige Spritzverfahren gewählt werden, beispielsweise Luftplasmaspritzen, Vakuumplasmaspritzen, Lichtbogenspritzen oder Flammspritzen. Das Aufspritzen des Lagermetalls kann in einem oder mehreren Durchgängen durchgeführt werden. Falls die Bundlagerschale 11 bzw. die Bundbuchse mit zwei Axialgleitlagerteilen 13 ausgestattet ist, können beide Axialgleitlagerteile gleichzeitig beschichtet werden, wie dies Fig. 5 bei 26 andeutet. Es ist aber auch möglich, die beiden Axiallagerteile 13 in getrennten Arbeitsgängen nacheinander durch Aufspritzen des Lagermetalls 27 zu beschichten.
In Abwandlung des Verfahrens nach Fig. 5 kann bei der in Teil b) der Fig. 4 gezeigten Platine 25 an den von Lagermetall 22 freigelegten Seitenbereichen 24 das Lagermetall 27 für das Axiallagerteil 13 bzw. die zu bildenden Axiallagerteile aufgespritzt werden, bevor die Platine 25 zu einem Bundlager 11 geformt wird.
Aus der gemäß Fig. 4c so vorbereiteten Platine 25 sind dann Bundlagerschalen 11 bzw. Bundbuchsen gemäß der Fig. 1 und 2 in der oben beschriebenen Weise herzustellen. Diese abgewandelte Herstellungsweise eignet sich insbesondere für Großserienfertigung unter der Voraussetzung, daß das in Seitenbereichen 24 der Platine 25 aufgespritzte Lagermetall 27 ausreichend feste Haftung mit dem Stützkörper 21 eingeht, um das Formen der Bundlagerschale oder Bundbuchse beschädigungsfrei zu überstehen. Unabhängig davon, welches Verfahren gemäß Fig. 4b oder Fig. 4c angewendet wird, bleibt der Biegungsbereich 14 frei von Lagermetall 22, 27.
Sofern der Radiallagerteil 12 (Fig. 1 und 2) als Dreischichtverbundlager ausgebildet werden soll, erfolgt eine Oberflächenbeschichtung des Lagermetalls 22 des Streifens 23 auf galvanischem Wege oder durch Kathodenzerstäubung (Sputtern). Dieses Aufbringen der Gleitschicht im Radiallagerteil 12 wäre anschließend an das Formen der Bundlagerschale 11 vor dem Aufspritzen des Lagermetalls 27 im Axiallagerteil bzw. in den Axiallagerteilen 13 denkbar. Jedoch erscheint es günstiger, das Aufbringen der Gleitschicht auf den Streifen 23 im Radiallagerteil 12 nach dem Aufspritzen des Lagermetalls 27 im Axiallagerteil 13 vorzunehmen. Eventuell ist sogar denkbar, die Gleitschicht im Radiallagerteil 12 erst aufzubringen, nachdem die Schmiernuten 15, 18, die Ölbohrung 16 und die Arretiernocken 17 angebracht sind.
Bezugszeichenliste
11 - Bundlagerschale
12 - Radiallagerteil
13 - Axiallagerteil
14 - Biegungsbereich
15 - Schmiernut
16 - Ölbohrung
17 - Arretiernocken
18 - Schmiernut
21 - Stützkörper
22 - Lagermetall
23 - Streifen
24 - Seitenbereich
25 - Platine
26 - Spritzvorgang
27 - Lagermetall

Claims (10)

1. Radial-Axialgleitlager in Form von Bundlager oder Bundbuchse, bei dem der zumindest an einer Stirnseite vorgesehene, den Axialgleitlagerteil bildende Bund einstückig mit dem Radiallagerteil dadurch verbunden ist, daß ein für Radiallagerteil und Axiallagerteil gemeinsamer Stützkörper, vorzugsweise aus Stahl, an einer oder beiden Stirnseiten des gewölbten Radiallagerteiles radial auswärts zu einem Bund geformt ist und im Radiallagerteil und Axiallagerteil entsprechend den in diesen Gleitlagerteilen auftretenden unterschiedlichen Belastungen unterschiedliche Lagermetalle trägt, wobei die Lagermetalle im Radiallagerteil bevorzugt in Art eines Dreistofflagers mit guten Notlaufeigenschaften aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall (27) im Axiallagerteil (13) nur als ein- oder mehrschichtige Gleitschicht auf den Stützkörper (21) aufgespritzt ist.
2. Radial-Axialgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Axiallagerteil (13) auf den Stützkörper (21) gespritzte Lagermetall (27) und das im Radiallagerteil (12) aufgebrachte Lagermetall (22) Legierungen gleicher Basis, aber unterschiedlicher Zusammensetzung sind.
3. Radial-Axialgleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Axiallagerteil (13) auf den Stützkörper (21) gespritzte Lagermetall (27) und das im Radiallagerteil (12) aufgebrachte Lagermetall (22) Aluminiumlegierungen unterschiedlicher Zusammensetzung sind.
4. Radial-Axialgleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Axiallagerteil (13) auf den Stützkörper (21) gespritzte Lagermetall (27) und das im Radiallagerteil (12) aufgebrachte Lagermetall (22) Kupfer-Basislegierungen unterschiedlicher Zusammensetzung sind.
5. Radial-Axialgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Axiallagerteil (13) auf den Stützkörper (21) gespritzte Lagermetall (27) eine Aluminium-Basislegierung und das im Radiallagerteil (12) aufgebrachte Lagermetall (22) eine Kupfer-Basislegierung sind.
6. Radial-Axialgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Axiallagerteil (13) auf den Stützkörper (21) gespritzte Lagermetall (27) eine Kupfer-Basislegierung und das im Radiallagerteil (12) aufgebrachte Lagermetall (22) eine Aluminium-Basislegierung sind.
7. Verfahren zum Herstellen von Radial-Axialgleitlagern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem durch Aufgießen oder Aufplattieren des Lagermetalls gebildeten Schichtwerkstoff in den Bereichen der später herzustellenden Biegestellen (14) und Axiallagerteile (13) der Stützkörper (21) durch spanende Bearbeitung von dem Lagermetall (22) freigelegt wird und daß in den Seitenbereichen (24) der Axiallagerteile (13) das für diese vorgesehene Lagermetall (27) unter Bildung einer Gleitschicht aufgespritzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen des Lagermetalls (27) in den Axiallagerteilen (13) nach dem Formen des Bundlagers (11) bzw. der Bundbuchse vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schichtwerkstoff- Band, das mit einem für den Radiallagerteil vorgesehenen Lagermetall begossen ist, seitlich des für den Radiallagerteil vorgesehenen Streifens des Lagermetalls in Seitenbereichen bis auf die Oberfläche des Stützkörpers fortlaufend abgetragen wird, wobei die Breite der freigelegten Seitenbereiche den Axiallagerteilen einschließlich der Biegungsbereiche entspricht, und daß in diesen freigelegten Seitenbereichen schmalere Streifenbereiche, deren Breite denjenigen der zu bildenden Axiallagerteile entsprechen, durch Spritzen fortlaufend mit einer Schicht aus für das jeweilige Axiallagerteil vorgesehenem Lagermetall belegt werden und daß aus diesem Schichtwerkstoff-Band, ggf. nach vorherigem Schneiden von Platinen, die Bundlager oder Bundbuchsen geformt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen des für den Axiallagerteil (13) vorgesehenen Lagermetalls durch Luftplasmaspritzen, Vakuumplasmaspritzen, Lichtbogenspritzen oder Flammspritzen erfolgt.
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