DE4218077A1 - Gleitelement - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Gleitelement, und insbesondere auf ein Gleitelement, welches
eine Oberflächenschicht umfaßt, die eine Gleit-Oberfläche für
ein Gegenelement aufweist.
Als Gleitelemente sind herkömmliche Gleitlager des Typs
bekannt, welcher eine Oberfläche aus auf Pb-Sn beruhenden
Legierungen (siehe japanische Patentanmeldung,
Offenlegungsnummer 96 088/81) umfaßt.
Ein derartiges Gleitlager wurde bei einem Lagerabschnitt
einer Kurbelwelle in einem Motor, einem vergrößerten Ende
einer Verbindungsstange oder dgl. angewendet. Unter bestimmten
Umständen, wenn eine erhöhte Geschwindigkeit und eine erhöhte
Arbeitsleistung eines Motors benötigt wird, weisen jedoch die
Gleitlager beim Stand der Technik das Problem auf, daß die
Eigenschaft, das Öl auf der Oberflächenschicht desselben
zurückzuhalten, ungenügend ist, und ein Widerstand gegen das
Festfressen desselben aufgrund einer geringen Anfangspassung
ebenso gering ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Gleitelement des oben beschriebenen Typs vorzusehen, welches
eine ausreichende Eigenschaft Öl auf der Oberflächenschicht
zurückzuhalten aufweist, und worin die Anfangspassung der
Oberfläche durch das Spezifizieren der Struktur der
Oberflächenschicht verbessert werden kann, wodurch ein
erhöhter Widerstand der Oberfläche gegen das Festfressen
vorgesehen wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
ein Gleitelement des oben beschriebenen Typs vorzusehen, worin
die Härte der Oberflächenschicht erhöht ist, um erhöhte
Widerstände gegen das Festfressen und das Verschleißen
vorzusehen.
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, ist gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Gleitelement vorgesehen, welches
eine Oberflächenschicht mit einer Gleit-Oberfläche für ein
Gegenelement aufweist, worin
- - die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von pyramidenförmigen, aus einer fiktiven Ebene, die sich entlang der Gleitoberfläche erstreckt, herausragende Erhebungen aufweist, welche die Gleit-Oberfläche festlegen;
- - eine in der Gleit-Oberfläche mit den pyramidenförmigen Erhebungen besetzte prozentuale Fläche A 50% (A 50%) ist, und worin,
- - wenn ein durch eine gerade, durch einen Scheitelpunkt und einen zentralen Bereich einer Grundfläche der pyramidenförmigen Erhebung durchlaufende Linie, mit Bezug auf eine senkrecht zu der fiktiven Ebene stehende Bezugslinie gebildeter Neigungswinkel durch R dargestellt ist, der Neigungswinkel R der pyramidenförmigen Erhebung in dem Bereich von 0° R 30° liegt.
Wenn die prozentuale Fläche A und der Neigungswinkel R der
pyramidenförmigen Erhebungen in der oben genannten Weise
spezifiziert sind, wird die Oberfläche der Gleit-Oberfläche
vergrößert, um eine ausreichende Eigenschaft Öl zurückzuhalten
vorzusehen, und der Scheitelabschnitt von jeder der Erhebungen
kann bevorzugterweise abgenutzt werden, um somit die
Anfangspassung der Oberflächenschicht zu verbessern, wodurch
der Widerstand der Oberflächenschicht gegen das Festfressen
erhöht wird.
Zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Gleitelement vorgesehen, worin an der Grundfläche der Erhebung
ein Vorsprung vorgesehen ist, so daß Öl kurzzeitig daran
zurückgehalten werden kann, oder worin nebeneinanderliegende
Erhebungen durch ein Sperrstück miteinander verbunden sind, so
daß Öl zwischen diesen Erhebungen kurzzeitig zurückgehalten
werden kann.
Bei einer derartigen Anordnung kann die Eigenschaft der
Oberflächenschicht das Öl zurückzuhalten weiter verbessert
werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Gleitelement vorgesehen, worin jede der Erhebungen ein
Spitzen-Ende eines säulenförmigen Kristalls bildet und einer
von nebeneinanderliegenden Kristallen in einen anderen
eingreift.
Die beiden säulenförmigen Kristalle weisen in einem
derartigen ineinander eingreifenden Zustand eine erhöhte
innere Spannung auf und somit eine höhere Härte, wodurch ein
erhöhter Verschleißwiderstand der Oberflächenschicht
vorgesehen wird.
Weiter ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Gleitelement vorgesehen, worin die Erhebungen in Form einer
Matrix zusammengelagert sind, und eine Mehrzahl von dichten
Bereichen, die in der Matrix verteilt sind, wenigstens eine
der pyramidenförmigen oder/und stumpfen, pyramidenförmigen
Erhebungen, welche im wesentlichen radial von der Oberfläche
desselben hervorstehen, aufweist.
Bei einer derartigen Anordnung wird der
Oberflächenbereich der Gleitfläche mehr erhöht, als wenn nur
die Erhebungen vorgesehen sind, und daher kann die Eigenschaft
der Oberflächenschicht, das Öl zurückzuhalten, weiter
verbessert werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Gleitelement vorgesehen, worin die Erhebung eine Stern
ähnliche Form aufweist, sowie eine Mehrzahl von
Rückenlinien-Bereichen, die sich von dem Scheitel zu einem
Grundabschnitt erstrecken, wobei eine Schräge zwischen
nebeneinanderliegenden Rückenlinien-Bereichen mit einer
Vertiefung versehen ist.
Bei einer derartigen Anordnung wird die Oberfläche der
Gleit-Oberfläche aufgrund dessen, daß jede der Erhebungen in
einer im wesentlichen Stern-ähnlichen Form mit den mit
Vertiefungen versehenen Schrägen ausgebildet ist, erhöht, so
daß die Oberflächenschicht eine ausreichende Eigenschaft Öl
zurückzuhalten aufweist.
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Eigenschaften und
Vorteile der Erfindung werden beim Betrachten der
nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
augenscheinlich.
Fig. 1 ist eine vergrößerte Aufsicht eines
Gleitlagers;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II
in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Mikroskopaufnahme, die eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung als Gleit-Oberfläche von
oben gesehen zeigt;
Fig. 4 ist ein Röntgenbeugungsmuster eines Pb-
Legierungskristalls in einer Oberflächenschicht;
Fig. 5 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur der Pb-Legierung in einem Längsschnitt der
Oberfläche zeigt;
Fig. 6 ist eine teilweise vergrößerte Mikroskopaufnahme
aus Fig. 5;
Fig. 7 ist eine Mikroskopaufnahme, die eine
Kristallstruktur der Pb-Legierung als Gleitfläche von oben
und der Seite betrachtet zeigt;
Fig. 8 ist eine schematische, perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts der Oberflächenschicht;
Fig. 9 ist Diagramm, das eine Methode zur Messung des
Neigungswinkels eines quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalls erklärt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen dem Neigungswinkel und dem Oberflächendruck, bei dem
das Festfressen erzeugt wird, darstellt;
Fig. 11 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung zeigt, bei der die
Gleit-Oberfläche von schräg oben betrachtet wird;
Fig. 12 ist eine schematische Seitenansicht eines
wesentlichen Abschnitts der Gleit-Oberfläche;
Fig. 13 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt
wird, und der prozentualen Fläche von quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle, welche einen Neigungswinkel R
in dem Bereich von 0° R 30° aufweisen, darstellt;
Fig. 14 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung zeigt, bei der die Gleit-
Oberfläche in einem Vergleichsbeispiel direkt von oben
betrachtet wird;
Fig. 15 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur der Pb-Legierung im Längsschnitt einer
Oberflächenschicht des Vergleichsbeispiels zeigt;
Fig. 15a ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen der Härte und dem Oberflächendruck, bei dem ein
Festfressen erzeugt wird, darstellt;
Fig. 15b ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse eines
Festfreß-Tests darstellt;
Fig. 16 ist eine schematische, perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Abschnitts einer Oberflächenschicht;
Fig. 17 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren
zum Messen des Neigungswinkels von stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristallen erklärt;
Fig. 18 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur der Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleit-
Oberfläche direkt von oben betrachtet wird;
Fig. 19 ist eine Schnittansicht eines Gleitlagers,
welche der Fig. 2 gleicht;
Fig. 20 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur der Pb-Legierung in der Gleit-Oberfläche
zeigt;
Fig. 21 ist eine teilweise vergrößerte Mikroskopaufnahme
eines in Fig. 20 gezeigten wesentlichen Bereichs;
Fig. 22 ist eine schematische, perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Bereichs der Oberflächenschicht;
Fig. 23 ist eine Schnittansicht entlang der Linien
23-23 in Fig. 22;
Fig. 24 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen dem Anteil der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristallen, welche einen Vorsprung aufweisen, und dem
Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird,
darstellt;
Fig. 25 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 25-25
in Fig. 22;
Fig. 26 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen der Anzahl der vorhandenen Sperrstücke und dem
Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird,
darstellt;
Fig. 27 ist eine schematische, perspektivische Ansicht
eines wesentlichen Bereichs der Oberflächenschicht;
Fig. 28 ist eine schematische Aufsicht eines
wesentlichen Bereichs der Oberflächenschicht;
Fig. 29 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 29-29
in Fig. 28;
Fig. 30 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen der Eingreif-Rate und der Härte der
Oberflächenschicht darstellt;
Fig. 31 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen der Eingreif-Rate und dem Verschleiß der
Oberflächenschicht darstellt;
Fig. 32 ist ein Diagramm, welches Ergebnisse aus einem
Festfreß-Test darstellt;
Fig. 33 ist eine schematische Aufsicht eines
wesentlichen Bereichs der Oberflächenschicht;
Fig. 34 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche
zeigt;
Fig. 35 ist eine schematische Aufsicht eines
wesentlichen Bereichs der Gleit-Oberfläche;
Fig. 36 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche
zeigt;
Fig. 37 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche
zeigt;
Fig. 38 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche
zeigt;
Fig. 39 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen der prozentualen Fläche von dichten Bereichen und
dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird,
darstellt;
Fig. 40 ist eine schematische Aufsicht eines
wesentlichen Bereichs an der Gleit-Oberfläche;
Fig. 41 ist eine Mikroskopaufnahme, welche eine
Kristallstruktur einer Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche
zeigt;
Fig. 42 ist eine schematische Aufsicht eines
wesentlichen Bereichs der Gleit-Oberfläche;
Fig. 43 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung
zwischen der prozentualen Fläche von winkelförmigen Erhebungen
in der Gleit-Oberfläche und dem Oberflächendruck, bei dem das
Festfressen erzeugt wird, darstellt; und
Fig. 44 ist eine schematische Aufsicht eines
wesentlichen Bereichs der Gleitoberfläche.
Die Fig. 1 bis 18 stellen eine erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar. In den Fig. 1 und 2 ist ein
Gleitlager 1 als Gleitelement an einem Lagerabschnitt einer
Kurbelwelle in einem Motor, einem vergrößerten Ende einer
Verbindungsstange oder dgl. angebracht, und umfaßt eine erste
Hälfte 1 1 und eine zweite Hälfte 1 2. Die Hälften 1 1 und 1 2
weisen die gleiche Anordnung auf und umfassen ein Grund-
Element 2 und eine Oberflächenschicht, welche auf einer
Innenumfangsfläche des Grundelements 2 gebildet ist, sowie
eine Gleit-Oberfläche 3a für ein Gegenelement x. Das
Grundelement 2 weist einen Träger 2 1 und eine Unterlage-Schicht
2 2 auf, welche auf dem Träger 2 1 ausgebildet ist, um die
Oberflächenschicht zu tragen. Es kann auch eine Kupferschicht
zwischen dem Träger 2 1 und der Unterlage-Schicht 2 2 vorgesehen
sein, und eine abgelagerte Ni-Grenzschicht kann zwischen der
Unterlage-Schicht 2 2 und der Oberflächenschicht 3 vorgesehen
sein.
Der Träger 2 1 wird von einer gerollten Stahlplatte
gebildet, und die Dicke des Trägers hängt von der vorgegebenen
Dicke des Gleitlagers 1 ab. Die Unterlage-Schicht 2 2 wird von
Kupfer, einer auf Kupfer basierenden Legierung, Aluminium,
einer auf Aluminium basierenden Legierung etc. gebildet, und
die Dicke der Unterlage-Schicht liegt in dem Bereich von 50
bis 500 µm, und liegt normalerweise bei 300 µm. Die
Oberflächenschicht 3 wird von einer Pb-Legierung gebildet und
die Dicke der Oberflächenschicht liegt in dem Bereich von 5
bis 50 µm, und liegt normalerweise bei 20 µm.
Die Pb-Legierung, welche die Oberflächenschicht 3 bildet,
enthält 80 bis 90 Gewichts-% Pb und 3 bis 20 Gewichts-% Sn und
kann, wenn nötig, höchstens 10 Gewichts-% von wenigstens einem
der Elemente Cu, In, Ag, Tl, Nb, Sb, Ni, Cd, Te, Bi, Mn, Ca
und Ba enthalten.
Cu, Ni und Mn haben die Funktion, die Härte der
Oberflächenschicht 3 zu erhöhen. Wenn jedoch der Gehalt von
Cu, Ni und/oder Mn 10 Gewichts-% überschreitet, hat die
Oberflächenschicht eine zu große Härte, was dazu führt, daß
Anfangspassung reduziert wird. Wenn Cu hinzugefügt wird, ist
es wünschenswert, den Cu-Gehalt so einzustellen, daß die Härte
Hmv der resultierenden Oberflächenschicht 3 in dem Bereich von
15 bis 25 liegt. Die Härte Hmv der Oberflächenschicht 3 hängt
nicht nur von dem Cu-Gehalt oder dgl. ab, sondern wird ebenso
durch die Orientierung einer Kristallfläche eines
Pb-Legierungskristalls beeinflußt, wie nachfolgend beschrieben
wird.
Jedes der Elemente In, Ag, Tl, Nb, Sb, Cd, Te, Bi, Ca und
Ba hat die Aufgabe, die Oberflächenschicht 3 weicher zu
machen, um die Anfangspassung zu verbessern. Wenn jedoch ihr
Gehalt 10 Gewichts-% überschreitet, weist die
Oberflächenschicht 3 eine verminderte Festigkeit auf. Wenn In
oder dgl. hinzugefügt wird, ist es wünschenswert, den
In-Gehalt so einzustellen, daß die Härte Hmv der
resultierenden Oberflächenschicht in dem Bereich von 8 bis 15
liegt.
Die Oberflächenschicht 3 wird durch ein
Elektro-Metallisier- (Galvanisier-) Verfahren hergestellt,
worin eine verwendete Galvanisier-Lösung eine auf Borfluorid
basierende Lösung ist, welche 40 bis 180 g/l von Pb2+ und 1,5
bis 35 g/l von Sn2+, wahlweise höchstens 15 g/l von Cu2+
enthält. Die Temperatur der Galvanisier-Lösung ist in einem
Bereich von 10 bis 350 C eingestellt und die
Kathoden-Stromdichte ist in einem Bereich von 3 bis 15 A/dm2
eingestellt.
Fig. 3 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (10 100fache
Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung
zeigt, wenn die Gleit-Oberfläche 3a von oben betrachtet wird.
Man sieht in Fig. 3, daß die Oberflächenschicht 3 eine
Mehrzahl von pyramidenförmigen Erhebungen aufweist, welche die
Gleit-Oberfläche 3 bilden, z. B. quadratische, pyramidenförmige
Kristalle in der dargestellten Ausführungsform. In diesem Fall
ist die prozentuale Fläche der quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle in der Gleit-Oberfläche 3a 100%
(A = 100%). Die Oberflächenschicht 3 ist aus einer
Pb-Legierung hergestellt, welche 8 Gewichts-% Sn und 2
Gewichts-% Cu enthält. Die Oberflächenschicht 3 ist auf der
aus einer Kupferlegierung bestehenden Unterlage-Schicht 22
gebildet, und beim Herstellen der Oberflächenschicht 3 war die
Kathoden-Stromdichte bei der Elektro-Galvanisierung auf 6 A/dm2
eingestellt.
Fig. 4 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster für eine
Pb-Legierung in der Oberflächenschicht 3, worin nur ein
Beugungs-Peak der mit den Miller-Indizes (200) und (400)
bezeichneten Ebenen beobachtet wird.
Hier ist ein Orientierungsindex Oe, welcher die Anzahl
der Kristallebenen, welche in der Richtung senkrecht zu einer
Ebene (hkl) (in Miller-Indizes) orientiert ist, wie folgt
definiert:
Oe = Ihkl/ΣIhkl × 100 (%)
worin hkl die Miller Indizes sind; Ihkl eine integrierte
Stärke einer (hkl) Ebene ist; und ΣIhkl eine Summe der Ihkl
ist, wobei, je näher der Orientierungsindex Oe in einer
bestimmten (hkl) Ebene bei 100% liegt, desto größer ist die
Anzahl der Kristallebenen, welche in einer Richtung der
Orientierung orthogonal zu der (hkl) Ebene orientiert sind.
Die integrierte Stärke Ihkl und der Orientierungsindex Oe
in den (200) und (400) Ebenen des Pb-Legierungskristalls sind
in der Tabelle 1 dargestellt.
Wie man aus Tabelle 1 erkennt, ist der Orientierungsindex
Oe in einer (h00) Ebene des Pb-Legierungskristalls 100%, und
daher hat der Pb-Legierungskristall eine in jeder Richtung der
Kristallachsen a, b und c orientierte Kristallebene, d. h. eine
(h00) Ebene.
Wenn die Kristallebene in einer Richtung orthogonal zu
der (h00) Ebene in dieser Weise orientiert ist, ist die
Atomdichte in der Richtung der Orientierung hoch, da die
Kristallstruktur der Pb-Legierung eine kubisch
flächenzentrierte Struktur ist. Daher weist die Oberfläche 3
eine erhöhte Härte und einen verbesserten Widerstand gegen das
Festfressen auf.
Fig. 5 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (5000fache
Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur in einem
Längsschnitt der Oberflächenschicht 3 zeigt, und Fig. 6
entspricht einer teilweise vergrößerten
Elektronenmikroskop-Aufnahme aus Fig. 5. Fig. 7 ist eine
Elektronenmikroskopaufnahme (10 000fache Vergrößerung), welche
eine Kristallstruktur einer Pb-Legierung zeigt, wenn die
Gleit-Oberfläche 3 von schräg oben betrachtet wird.
Wie man in den Fig. 3 und 5 bis 8 erkennt, ist die
Oberflächenschicht 3 eine Anhäufung von säulenförmigen
Kristallen 4 aus einer Pb-Legierung, welche sich von der
Unterlage-Schicht 22 erstrecken. Ein quadratischer,
pyramidenförmiger Kristall 5 ist auf jedem säulenförmigen
Rumpf 4a in dem säulenförmigen Kristall 4 vorgesehen, um ein
Spitzen-Ende des säulenförmigen Kristalls 4 zu bilden. Ein
Scheitelpunkt a1 des pyramidenförmigen Kristalls 5 ist in
Richtung der Gleit-Oberfläche 3a gerichtet. Die meisten der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 sind gerade
gewachsen, ein geringer Rest ist jedoch etwas geneigt. Ferner
existieren unter den säulenförmigen Kristallen 4 einige
Kristalle 4, welche sich von der Unterlage-Schicht 22
erstrecken, jedoch in der Mitte gebrochen oder abgeschnitten
sind, sowie einige Kristalle 4, welche sich von diesen
gebrochenen Kristallen aus erstrecken.
Hier wurde festgestellt, daß, wenn eine sich entlang der
Gleit-Oberfläche 3a erstreckende fiktive Ebene B an der
Grundseite des quadratischen, pyramidenförmigen Kristalls 5
festgelegt ist, und der Neigungswinkel, welcher durch eine
gerade Linie a3, die durch den Scheitelpunkt a1 und einen
zentralen Bereich a2 der Grundfläche des quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalls 5 geht, mit Bezug auf eine
Bezugslinie a4, welche durch den zentralen Bereich a2 geht und
senkrecht zu der fiktiven Ebene B steht, festgelegt ist, einen
Winkel von R=0° aufweist und daher jeder quadratische,
pyramidenförmige Kristall im wesentlichen gerade ist.
Wenn die Gleit-Oberfläche 3a von den quadratischen,
pyramidenförmigen Kristallen wie oben beschrieben gebildet
ist, ist es möglich, die Oberfläche der Gleit-Oberfläche 3a zu
erhöhen, so daß die Oberflächenschicht 3 eine ausreichende
Öl-Zurückhalte-Charakteristik aufweist, und sich
bevorzugterweise die Scheitelpunkte a1 der quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 5 abnutzen, wodurch die
Anfangspassung der Oberflächenschicht 3 verbessert wird.
Um derartige Effekte zu erreichen, wird der Bereich der
Neigungswinkel R der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 5 zum Problem. Darum wurden Gleitlager hergestellt,
welche quadratische, pyramidenförmige Kristalle 5 umfassen,
die Neigungswinkel von=0°, 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60° und
70° sowie einen Orientierungsindex Oe von 100% in der (h00)
Ebene aufweisen, sowie Gleitlager, welche einen
Orientierungsindex Oe von 50 bis 55% in der (h00) Ebene
aufweisen. Ein Festfreß-Test für diese Gleitlager liefert die
in Fig. 10 gezeigten Ergebnisse. In Fig. 10 entspricht eine
Linie b1 dem Ergebnis des Gleitlagers, dessen
Orientierungsindex Oe 100% ist, und eine Linie b2 entspricht
dem Ergebnis des Gleitlagers, dessen Orientierungsindex Oe 50
bis 55% ist. In diesem Fall ist die prozentuale Fläche der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 in der
Gleit-Oberfläche 3a 100% (A=100%). Es sollte bemerkt
werden, daß die Veränderung der Neigungswinkel R grundsätzlich
durch die Veränderung der Neigung der Grundfläche in bezug auf
eine Anode erreicht wird.
Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes
Gleitlager in Kontakt mit einem Drehschaft gebracht wurde, und
allmählich die an das Gleitlager angelegte Belastung erhöht
wurde. Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die
Oberflächendrücke darstellt, bei welchen ein Festfressen der
Oberflächenschicht von jedem der Gleitlager erzeugt wurde.
Die Testbedingungen sind wie folgt: das für den Drehschaft
verwendete Material war nitriertes JIS S48C-Material. Die
Drehzahl des Drehschafts war 6000 U/min; die
Ölversorgungstemperatur war 120°C, der Ölversorgungsdruck war
3 kg/cm2; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.
Man erkennt anhand der Linie b1 in Fig. 10, daß, da der
Orientierungsindex in der (h00) Ebene von allen der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 bis 100% ist,
und für den Neigungswinkel R gilt: 0° R 30°, der
Oberflächendruck zur Zeit der Erzeugung des Festfressens
zunimmt, was zu einem erhöhten Widerstand gegen das
Festfressen führt. Jedoch ist bei der Linie b2 aufgrund des
niederen Orientierungsindex Oe der Widerstand gegen das
Festfressen gering.
Bei den quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 5 ist,
wenn die bevorzugte Abnutzung der Scheitelpunkte a1 in der
Anfangsphase der Gleitbewegung vollendet ist, um eine glatte
Oberfläche (welche einer oberen Grundfläche einer stumpfen,
quadratischen Pyramidenform entspricht) zu bilden, immer ein
Ölfilm zwischen der glatten Oberfläche und dem Drehschaft
vorhanden und daher wird die Gleit-Oberfläche 3a danach
äußerst langsam abgenutzt.
Die Tabellen 2 bis 4 stellen jeweils eine Beziehung
zwischen dem Neigungswinkel R, der Richtung der Orientierung,
der prozentualen Fläche A in der Gleit-Oberfläche 3a und der
Härte Hmv der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 für
die Gleitlager (1) bis (8) dar.
In jeder der Tabellen 2 bis 4 bedeutet die Orientierung
(h00), daß der Orientierungsindex in der (h00) Ebene 100%
ist, und daß nicht nur eine (111) Ebene, sondern auch (222),
(220), (311) Ebenen und dgl. in der Richtung der Orientierung
(111) eingeschlossen sind. In dem Pb-Legierungskristall gibt
es eine Tendenz, daß, wenn der Orientierungsindex Oe in der
(h00) Ebene abnimmt, der Orientierungsindex in der (111) Ebene
zunimmt. Zusätzlich werden die Orientierungsindizes Oe in den
(220) und (311) Ebenen ebenso erhöht, obwohl der Betrag einer
derartigen Zunahme im Vergleich zur Zunahme des
Orientierungsindex in der (111) Ebene äußerst nieder ist.
Fig. 11 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme
(10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der
Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleit-Oberfläche 3a des in Fig.
4 gezeigten Gleitlagers von schräg oben betrachtet wird. Fig.
12 zeigt die Neigungen der in Fig. 11 dargestellten
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle. Die Neigungswinkel
R der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 1, 5 2 und 5 3
sind jeweils annähernd 0°, 15° und 30° (R=0°, 15° und 30°).
Fig. 13 stellt eine Beziehung zwischen der prozentualen
Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle, welche
Neigungswinkel in einem Bereich von 0° R 30° aufweisen und
dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird,
dar. Der Festfreß-Test wurde in derselben Art und Weise und
unter denselben Bedingungen wie der oben beschriebene
ausgeführt. In Fig. 13 entspricht eine Linie c1 dem Ergebnis
für den Fall, bei dem die Neigungswinkel R 0° R 10° sind.
Das umfaßt die in Tabelle 2 gegebenen Gleitlager (1) bis (4),
und die Ergebnisse für diese Gleitlager sind durch die Punkte
(1) bis (4) in Fig. 13 angezeigt. Eine Linie c2 entspricht
dem Ergebnis für den Fall, in welchem die Neigungswinkel R
0° R 20° sind. Dies umfaßt das in Tabelle 3 gegebene
Gleitlager (5), und das Ergebnis für dieses Gleitlager ist
durch einen Punkt (5) in Fig. 13 angezeigt. Eine Linie c3
entspricht dem Ergebnis für den Fall, in welchem die
Neigungswinkel R 0° R 30° sind. Dies umfaßt die in
Tabelle 4 gegebenen Gleitlager (6) bis (8), und die Ergebnisse
für diese Gleitlager sind durch Punkte (6) bis (8) in Fig. 13
angezeigt.
Eine Linie c4 zeigt ein Vergleichsbeispiel, welches eine
aus Kristallkörnern einer Pb-Legierung gebildete Oberfläche
aufweist. Fig. 14 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme
(10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der
Pb-Legierung zeigt, wenn die Gleitoberfläche des
Vergleichsbeispiels direkt von oben betrachtet wird, und man
erkennt in Fig. 14, daß die Kristallform unsystematisch ist.
Fig. 15 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme (10 000fache
Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung
in einem Längsschnitt der Gleit-Oberfläche des
Vergleichsbeispiels zeigt, aus welchem erkannt werden kann,
daß kein säulenförmiger Kristall erzeugt worden ist. Aufgrund
dessen ist die Härte der Oberflächenschicht des
Vergleichsbeispiels kleiner als die der Oberflächenschicht mit
der Orientierung in der (h00) Ebene.
Fig. 15a stellt eine Beziehung zwischen der Härte und
dem Oberflächendruck dar, bei dem das Festfressen erzeugt
wird. Der Neigungswinkel R, die Orientierung und die
prozentuale Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 5 in der Gleit-Oberfläche 3a für die Gleitlager (9)
bis (12), welche den Linien (9) bis (12) in Fig. 15a
entsprechen, sind in Tabelle 5 gegeben. Der Festfreß-Test
wurde in derselben Art und Weise und unter denselben
Bedingungen wie die oben beschriebenen durchgeführt.
Wie aus den Fig. 13 und 15a und den Tabellen 2 bis 5
deutlich wird, kann der Widerstand gegen das Festfressen der
Oberflächenschicht 3 wesentlich verbessert werden, wenn der
Orientierungsindex Oe in der Richtung der Orientierung (h00)
und somit in der (h00) Ebene in den quadratischen,
pyramidenförmigen Kristallen 100% ist, wenn die prozentuale
Fläche der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 in der
Gleit-Oberfläche 3a größer oder gleich 50% ist (d. h. A 50%),
wenn der Neigungswinkel R der quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 5 0° R 30° ist, und ferner,
wenn die Härte Hmv der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 5 15 Hmv 30 ist. In diesem Fall, wenn der
Neigungswinkel R größer als 30° ist (R < 30°), wird die
Eigenschaft der Oberflächenschicht Öl zurückzuhalten sowie die
bevorzugte Eigenschaft den Scheitelpunkt a1 abzunutzen
vermindert. Im allgemeinen wird, wenn die Härte der
Oberflächenschicht 3 erhöht wird, der Verschleißwiderstand
derselben ebenso erhöht, wenn jedoch die Härte Hmv in dem
Bereich von Hmv <15 oder Hmv <30 liegt, werden sowohl der
Widerstand gegen das Festfressen als auch der
Verschleißwiderstand der Oberflächenschicht 3 verringert.
Wenn die Anzahl der in der Oberfläche 3a vorhandenen
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle anstelle der
prozentualen Fläche A durch die Zahl pro Flächeneinheit
festgelegt ist, ist die Anzahl (Zahl) C der vorhandenen
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle in dem Bereich von
2×104/mm2 C 5×106/mm2.
Wenn die Kristallform und die Anzahl C der vorhandenen
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle in dieser Art und
Weise spezifiziert sind, kann die Oberfläche der
Gleit-Oberfläche 3a erhöht werden, so daß die
Oberflächenschicht 3 eine ausreichende Eigenschaft Öl
zurückzuhalten aufweist, und die Scheitelpunkte a1 der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 können
bevorzugterweise abgenutzt werden, um die Anfangspassung der
Oberflächenschicht 3 zu verbessern.
Jedoch können die oben beschriebenen Effekte nicht
erhalten werden, wenn die Anzahl C der quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle kleiner als 2·104/mm2 ist. Auf
der anderen Seite können die oben beschriebenen Effekte
ebenfalls nicht erreicht werden, wenn die Anzahl C der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle größer als 5·
106/mm2 ist, da dann die quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle äußerst fein verteilt sind.
Die Tabelle 6 zeigt den Vergleich der verschiedenen
Gleitlager (13) bis (18) bezüglich der Zusammensetzung der
Oberflächenschicht, des Orientierungsindex Oe in der (h00)
Ebene, der Kristallform und dgl.
Fig. 15b stellt die Ergebnisse des Festfreß-Tests für die
Gleitlager (13) bis (18) dar.
Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes
Gleitlager in Gleitkontakt mit dem Drehschaft gebracht wurde,
und allmählich die an das Gleitlager angelegte Belastung
erhöht wurde. Fig. 15 zeigt die Oberflächendrücke, bei
welchen das Festfressen der Oberflächenschichten von jedem der
Gleitlager erzeugt wird.
Die Testbedingungen sind wie folgt: das für den
Drehschaft verwendete Material war ein nitriertes JIS
S48C-Material; die Drehzahl des Drehschafts war 6000 U/min;
die Ölversorgungstemperatur war 120°C; der Ölversorgungsdruck
war 3 kg/cm2; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.
In Fig. 15b erkennt man, daß alle die Gleitlager (13)
bis (16) als Beispiele der vorliegenden Erfindung im Vergleich
mit den Gleitlagern (17) und (18) als die Vergleichsbeispiele
einen exzellenten Widerstand gegen das Festfressen aufweisen.
Die Fig. 16 bis 18 stellen eine Oberflächenschicht 3
mit einer Mehrzahl von pyramidenförmigen Erhebungen, z. B.
stumpfe, quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6 aus einer
Pb-Legierung in der dargestellten Ausführungsform, dar, welche
eine Gleit-Oberfläche 3a bilden. Die stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 6 bilden ein Spitzen-Ende eines
säulenförmigen Kristalls 4, dessen obere Grundfläche 7 zur
Gleitfläche 3a gerichtet ist. Fig. 18 ist eine
Elektronenmikroskop-Aufnahme (10 000fache Vergrößerung),
welche eine Kristallstruktur der Pb-Legierung zeigt, wenn die
Gleitoberfläche 3a direkt von oben betrachtet wird. In diesem
Fall wird der Neigungswinkel R als ein Winkel festgelegt, der
durch die folgenden Linien gebildet wird: eine gerade Linie
a7, die durch einen zentralen Bereich a5 der oberen
Grundfläche und einen zentralen Bereich a6 der unteren
Grundfläche geht, und eine Bezugslinie a4, die durch einen
zentralen Bereich a6 der unteren Grundfläche geht und
orthogonal zu einer fiktiven Ebene B steht.
Selbst wenn die Oberflächenschicht a3 nur stumpfe,
quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6 aufweist wird
genauso wie wenn sie pyramidenförmige Kristalle 5 und stumpfe,
quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6 aufweist eine
prozentuale Fläche A der stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 6 oder dgl. in der
Gleit-Oberfläche 3a in einem Bereich von A 50% eingestellt
und der Neigungswinkel R liegt in einem Bereich von 0° R
30°. Dies stellt sicher, daß die gleiche Gleitcharakteristik
wie die oben beschriebene erreicht werden kann. Ein Bereich
der Anzahl pro Flächeneinheit entspricht dem oben
beschriebenen Bereich. In diesem Fall ist wenigstens ein
Bereich einer Gleit-Oberfläche 3a von oberen Grundflächen 7
der stumpfen, quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 6
gebildet. Dies stellt sicher, daß zwischen einem Gegenelement
und der oberen Grundfläche 7 ab der Anfangsphase einer
Gleitbewegung ein Ölfilm gebildet werden kann, wodurch eine
verbesserte Anfangspassung und eine Stabilisierung vorgesehen
werden. Es sollte erwähnt werden, daß, wenn die
Oberflächenschicht 3 sowohl die Kristalle 5 als auch die
Kristalle 6 aufweist, eine prozentuale Fläche A aus der Summe
der Bereiche der Kristalle 5 und 6 und aus der Fläche der
Gleit-Oberfläche 3a erhalten werden kann.
Wenn die Kristalle 5 und 6 geneigt werden, sollten sie
derart geneigt werden, daß der Scheitelpunkt a1 und die obere
Grundfläche 7 zur Gleitbewegung mit dem Gleitelement in einer
Richtung d gerichtet sind, aufgrund eines Widerstands für eine
Gleitbewegung zwischen dem Gegenelement und den Kristallen 5
und 6.
Die Fig. 19 bis 27 stellen eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Fig. 19 ist die Ansicht
eines Querschnitts eines Gleitlagers, gleich demjenigen in
Fig. 2, und Fig. 20 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme
(10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur einer
Pb-Legierung in einer Gleitebene 3a zeigt. Fig. 21 ist ein
vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 20. Eine Oberflächenschicht
3 ist aus einer Pb-Legierung hergestellt, welche 8 Gewichts-%
Sn und 2 Gewichts-% Cu enthält. Die Oberflächenschicht 3 ist
auf einer Unterlage-Schicht 22 aus einer Kupferlegierung
gebildet, und beim Herstellen der Oberflächenschicht 3 war die
Kathoden-Stromdichte in einem Elektro-Metallisier-
(Galvanisier-) Verfahren auf 6 bis 10 A/dm2 eingestellt.
Wie in den Fig. 20 bis 22 deutlich gezeigt wird, weist
die Oberflächenschicht 3 eine Mehrzahl von pyramidenförmigen
Erhebungen auf, z. B. quadratische Kristalle 5 der Pb-Legierung
in der dargestellten Ausführungsform, deren Scheitelpunkte a1
zu einer Gleit-Oberfläche 3a gerichtet sind. Jeder der
quadratischen Kristalle 5 bildet ein Spitzen-Ende von jedem
der säulenförmigen Kristalle 4, welche sich von der
Unterlage-Schicht 22 erstrecken, und daher wird die
Oberflächenschicht 3 von einer Ansammlungen von säulenförmigen
Kristallen 4 gebildet.
Wie in der ersten Ausführungsform ermöglichen derartige
quadratische Kristalle 5 eine verbesserte Anfangspassung der
Oberflächenschicht 3, so daß die Oberflächenschicht 3 eine
ausreichende Eigenschaft Öl zurückzuhalten aufweist.
Wie in Fig. 23 dargestellt, umfassen einige (oder alle)
der quadratischen Kristalle 5 einen Vorsprung 9 an einer
Schräge 8 der Kristalle.
Bei einer derartigen Anordnung kollidiert ein Teil des
Öls mit dem Vorsprung 9, wie durch einen Pfeil in Fig. 23
angezeigt, wenn es in ein Tal 10 zwischen zwei nebeneinander
liegenden quadratischen Kristallen 5 eintritt, und zu einem
Scheitelpunkt a1 fließt. Das kollidierte Öl wird durch den
Vorsprung 9 zu einem Grundabschnitt des Kristalls 5
zurückgezwungen, z. B. in das Tal in der dargestellten
Ausführungsform, und wird kurzzeitig darin gehalten. Dies
sieht ebenso eine Verbesserung der Eigenschaft der
Oberflächenschicht 3 Öl zurückzuhalten vor. Um einen
derartigen Zurückhalte-Effekt vorzusehen, kann, wenn die Länge
der Grundlinie des Kristalls 5 durch e1 dargestellt wird, die
Höhe des Kristalls 5 durch e2 dargestellt wird, die
vorstehende Länge des Vorsprungs 9 durch e3 dargestellt wird
und die Höhe des Vorsprungs 9 durch e4 dargestellt wird,
(e3/e1)·100 kleiner oder gleich 50% sein, und (e4/e2)·100
kann größer oder gleich 50% sein.
Fig. 24 stellt eine Beziehung zwischen der Anzahl der
Kristalle 5, welche einen Vorsprung 9 aufweisen, und dem
Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt wird, dar.
Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes der
Gleitlager in Gleitkontakt mit einem Drehschaft gebracht
worden ist, und die an den Drehschaft angelegte Belastung
allmählich erhöht wurde. Fig. 24 ist ein Diagramm, welches
den Oberflächendruck darstellt, bei dem das Festfressen der
Oberflächenschicht der Gleitlager erzeugt wird.
Die Testbedingungen sind wie folgt: das für einen
Drehschaft verwendete Material war ein nitriertes JIS
S48C-Material; die Drehzahl des Drehschafts war 6000 U/min;
die Ölversorgungstemperatur war 120°C; der Ölversorgungsdruck
war 3 kg/cm2; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.
Wie man aus Fig. 24 erkennt, liegt die Anzahl D der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle, welche einen
Vorsprung 9 aufweisen, zweckmäßigerweise in einem Bereich mit
105/mm2 D 106/mm2. Wenn die Anzahl D kleiner als 105/mm2 ist
(D<105/mm2), wird der Effekt der Verbesserung der
Eigenschaft, Öl durch den Vorsprung 9 zurückzuhalten,
verringert. Wenn aber die Anzahl D größer als 106/mm2 ist (D<
106/mm2) ist, wird der Ölfluß durch die Vorsprünge 9 behindert,
was in einer verringerten Eigenschaft Öl zurückzuhalten
resultiert.
Wie in den Fig. 20, 22 und 25 gezeigt, sind die
Schrägen 8 von einigen Paaren von nebeneinanderliegenden
quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 5 miteinander
verbunden, z. B. durch ein Paar von Sperrstücken 11, welche ein
Ölreservoir 12 bilden, um Öl zwischen nebeneinanderliegenden
Kristallen 5 kurzzeitig zurückzuhalten, wie durch einen
rechten Pfeil in Fig. 25 dargestellt. Das Sperrstück 11 hat
ebenso die Funktion, die Richtung eines Ölflusses, welcher an
das Sperrstück anstößt, zu ändern, um Öl kurzzeitig zwischen
den Kristallen 5 zurückzuhalten, wie durch einen linken Pfeil
in Fig. 25 dargestellt. Die Eigenschaft der
Oberflächenschicht 3, Öl zurückzuhalten, wird durch ein
derartiges Sperrstück 11 ebenso verbessert.
Fig. 26 stellt eine Beziehung zwischen der Anzahl der
vorhandenen Sperrstücke 11 und dem Oberflächendruck, bei
welchem das Festfressen erzeugt wird, dar. Der Festfreß-Test
wurde in derselben Art und Weise und unter denselben
Bedingungen wie die oben beschriebenen ausgeführt.
Wie man aus Fig. 26 erkennt, liegt die Anzahl E von
Sperrstücken 11 zweckmäßigerweise in einem Bereich von 104/mm2
E 106/mm2. Wenn die Anzahl E kleiner als 104/mm2(E<
104/mm2) ist, wird der Effekt der Verbesserung der Eigenschaft,
Öl zurückzuhalten, durch die Sperrstücke 11 verringert. Wenn
aber die Menge E größer als 106/mm2(E<106/mm2) ist, wird der
Ölfluß durch die Sperrstücke 11 gehemmt, was zu einer
verminderten Ölkühlungseigenschaft führt.
Wie in der ersten Ausführungsform ist der
Orientierungsindex Oe in den (200) und (400) Ebenen und somit
einer (h00) Ebene des Pb-Legierungskristalls 100%. Daher hat
der Pb-Legierungskristall eine Kristallebene, d. h. eine (h00)
Ebene, welche in jeder von Richtungen der Kristallachsen a, b
und c orientiert ist.
Tabelle 7 stellt einen Vergleich von verschiedenen
Gleitlagern (19) bis (22), (17) und (18) bezüglich der
Zusammensetzung der Oberflächenschicht und der Eigenschaften
der Gleitoberfläche dar. Die Oberflächenschicht des
Gleitlagers (19), welche ein Beispiel für die vorliegende
Erfindung ist, wird von der in Fig. 20 gezeigten Pb-Legierung
gebildet. Der Festfreß-Test wurde in derselben Art und Weise
und unter den selben Bedingungen wie die oben beschriebenen
ausgeführt.
Wie man aus Tabelle 7 erkennt, weisen die Gleitlager (19)
bis (22) als die Beispiele der vorliegenden Erfindung im
Vergleich mit den Gleitlagern (17) und (18) als
Vergleichsbeispiele alle einen hervorragenden Widerstand gegen
das Festfressen auf. Die Gleitlager (19) und (20) werden in
Fig. 24 gezeigt, und die Gleitlager (21) und (22) werden in
Fig. 26 gezeigt.
Wie in Fig. 27 dargestellt, umfaßt die vorliegende
Erfindung Gleitlager, in welchen eine aus einer Pb-Legierung
hergestellte Oberflächenschicht 3 nur eine Mehrzahl von
stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen aufweist, z. B. stumpfe,
quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6 in der
dargestellten Ausführungsform, deren obere Grundfläche zu der
Gleitfläche 3a gerichtet ist, wodurch die Gleitfläche 3a
gebildet wird, ebenso wie Gleitlager, in welchen eine aus
einer Pb-Legierung hergestellte Oberflächenschicht 3
quadratische, pyramidenförmige Kristalle 5 und stumpfe,
quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6 aufweist. In diesen
Fällen kann eine Gleitcharakteristik erhalten werden, die der
oben beschriebenen gleicht. Bei einer derartigen Anordnung ist
wenigstens ein Bereich der Gleit-Oberfläche 3a aus oberen
Grundflächen 7 der stumpfen, quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 6 gebildet. Dies stellt sicher, daß zwischen einem
Gegenelement und der oberen Grundfläche 7 ein Ölfilm gebildet
werden kann, um eine Verbesserung der Anfangspassung und eine
Stabilisierung vorzusehen.
Ein Gleitlager, bei dem ein Bereich einer
Gleit-Oberfläche 3a von quadratischen, pyramidenförmigen
Kristallen 5 und/oder stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristallen 6 gebildet ist, wird ebenso von
der vorliegenden Erfindung umfaßt. In diesem Fall wird die
prozentuale Fläche A der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 5 in der Gleit-Oberfläche 3a so eingestellt, daß,
wie in der ersten Ausführungsform, A 50% ist, und der
Neigungswinkel R der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 5 und der stumpfen, quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 6 ist derart eingestellt, daß, wie in der ersten
Ausführungsform, 0° R 30° ist (siehe Fig. 22 und 27).
Die Fig. 28 bis 33 stellen eine dritte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in den Fig. 3, 5, 6, 28 und 29 gezeigt, sind
nebeneinanderliegende, säulenförmige Kristalle 4 in einer
Oberflächenschicht 3 in einer derartigen Weise gewachsen, daß
sie ineinander eingreifen. Daher greift in einer
Gleit-Oberfläche 3a einer von nebeneinanderliegenden,
quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 5 in den anderen
ein.
Wenn zwischen den säulenförmigen Kristallen 4 ein
Eingreifen in dieser Art und Weise erzeugt wird, weisen beide
ineinander eingreifende Kristalle 4 eine erhöhte innere
Spannung auf, was zu einer höheren Härte führt, wodurch ein
erhöhter Verschleißwiderstand der Oberflächenschicht 3
erreicht wird.
Tabelle 8 stellt einen Vergleich von verschiedenen
Gleitlagern (23) bis (26), (17) und (18) bezüglich der
Zusammensetzung der Oberflächenschicht, der Kristallstruktur
und dgl. dar. In Tabelle 8 wurde die Eingreif-Rate G durch G=
(F2/F1)·100 ermittelt, worin F1 die Gesamtzahl der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle ist, und F2 die
Zahl der quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle in einem
ineinander eingreifenden Zustand ist. Z.B. ist in Fig. 28 F1=
"4" und F2="2".
Man erkennt aus Tabelle 8, daß die Eingreif-Rate G erhöht
wird, wenn die Kathoden-Stromdichte erhöht wird.
Fig. 30 stellt eine Beziehung zwischen der Eingreif-Rate
G und der Härte Hmv der Oberflächenschicht 3 in den
Gleitlagern (23) bis (26) als Beispiele der vorliegenden
Erfindung und den Gleitlagern (17) und (18) als
Vergleichsbeispiele dar. Die Härte Hmv wurde durch das
Verwenden eines Mikro-Vikers-Härtemikrometers bei einer
Belastung von 10 g in einem Längsschnitt der
Oberflächenschicht 3 aus einer Richtung senkrecht zu einem
derartigen Längsschnitt gemessen.
Aus Fig. 30 erkennt man, daß in den Gleitlagern (23) bis
(26) die Härte Hmv der Oberflächenschicht 3 erhöht wird, wenn
die Eingreif-Rate G erhöht wird, und die Härte Hmv ist höher
als die der Gleitlager (17) und (18). Das ist darauf
zurückzuführen, daß die Härte der Oberflächenschicht 3 erhöht
wird, da die säulenförmigen Kristalle 4 ineinander eingreifen
und der Orientierungsindex Oe in der (h00) Ebene 100% ist.
Fig. 30 stellt die Ergebnisse eines Verschleißtests für
die Gleitlager (23) bis (26) als Beispiele der vorliegenden
Erfindung und die Gleitlager (17) und (18) als
Vergleichsbeispiele dar.
Der Verschleißtest wurde für eine vorgegebene Gleitstrecke
ausgeführt, indem jedes der Gleitlager in Gleitkontakt mit
einem Drehschaft gebracht wurde, wobei die Belastung auf das
Gleitlager eine dynamische Belastung mit einer sinusförmigen
Wellenform ist, welche mit dem Drehschaft synchronisiert ist.
Die Testbedingungen sind wie folgt: das Material, das für
einen Drehschaft verwendet wurde; war ein nitriertes JIS
S48C-Material; die Drehzahl des Drehschafts war 3.000 U/min;
der maximale angelegte Oberflächendruck war 600 kg/cm2
(projizierte Lagerfläche: Weite×Durchmesser); die
Gleitstrecke war 2,5×103 km; die Ölversorgungstemperatur war
120°C; und der Ölversorgungsdruck war 3 kg/cm2.
Wie man in Fig. 31 erkennt, weisen die Gleitlager (23)
bis (26) im Vergleich mit den Gleitlagern (17) und (18) alle
einen hervorragenden Verschleißwidertand auf. In den
Gleitlagern (23) bis (26), als Beispiele der vorliegenden
Erfindung, wird der Verschleißwiderstand erhöht, wenn die
Eingreif-Rate G erhöht wird. Ein bevorzugter Bereich der
Eingreif-Rate G ist jedoch 80% G 100%. Fig. 32 stellt
die Ergebnisse eines Festfreß-Tests für die Gleitlager (23)
bis (26) als Beispiele der vorliegenden Erfindung und die
Gleitlager (17) und (18) als Vergleichsbeispiele dar.
Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes der
Gleitlager in Gleitkontakt mit einem Drehschaft gebracht wurde
und eine zunehmende Belastung an das Gleitlager angelegt
wurde. Fig. 32 zeigt den Oberflächendruck, bei dem das
Festfressen der Oberflächenschicht der Gleitlager erzeugt
wurde.
Die Testbedingungen sind wie folgt: das Material, das für
einen Drehschaft verwendet wurde, war nitriertes JIS
S48C-Material; die Drehzahl des Drehschafts war 6.000 U/min;
die Ölversorgungstemperatur war 120°C; der Ölversorgungsdruck
war 3 kg/cm2; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.
Man erkennt aus Fig. 32, daß die Gleitlager (23) bis
(26) im Vergleich zu den Gleitlagern (17) und (18) alle einen
hervorragenden Widerstand gegen das Festfressen aufweisen.
Fig. 33 entspricht der Fig. 18 und stellt ein
Gleitlager dar, in welchem eine Oberflächenschicht 3 eine
Mehrzahl von pyramidenförmigen Erhebungen, z. B. stumpfen,
quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 6 aus einer
Pb-Legierung in der vorliegenden Ausführungsform, aufweist,
wobei eine obere Grundfläche 7 zu der Gleit-Oberfläche
gerichtet ist, wodurch die Gleit-Oberfläche 3a gebildet wird.
Eine Gleitcharakteristik, die der oben beschriebenen gleicht,
kann selbst bei derartigen Kristallen 6 oder einer
kombinierten Struktur, welche die stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 6 und die quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 5 umfaßt, erreicht werden.
Ein Gleitlager, bei dem ein Bereich einer Gleit-Oberfläche
3a durch quadratische, pyramidenförmige Kristalle 5 und/oder
stumpfe, quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6 gebildet
ist, wird ebenso von der vorliegenden Erfindung umfaßt. In
diesem Fall ist, wie in der ersten Ausführungsform, die
prozentuale Fläche A der quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalle 5 oder dgl. in der Gleit-Oberfläche 3a in einem
Bereich von A 50% eingestellt, und der Neigungswinkel R der
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5 und der stumpfen,
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 6 ist in einem
Bereich von 0 R 30° eingestellt.
Die Fig. 34 bis 40 stellen eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 34 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme
(10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur einer
Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche 3a zeigt. Eine
Oberflächenschicht 3 ist aus einer Pb-Legierung hergestellt,
welche 8 Gewichts-% Sn und 2 Gewichts-% Cu enthält. Die
Oberflächenschicht 3 ist auf einer Unterlage-Schicht 22 aus
einer Cu-Legierung gebildet, und beim Herstellen der
Oberflächenschicht 3 war die Kathoden-Stromdichte in einem
Elektro- Metallisier- (Galvanisier-) Verfahren auf 10 A/dm2
eingestellt.
Wie in den Fig. 34 und 35 deutlich gezeigt wird,
umfaßt die Oberflächenschicht 3 eine Matrix H, welche die
Gleit-Oberfläche 3a bildet, und in der Matrix H sind dichte
Bereiche J verteilt. Die Matrix H umfaßt eine Ansammlung von
pyramidenförmigen Erhebungen, z. B. quadratische,
pyramidenförmige Kristalle 5 in der dargestellten
Ausführungsform, wobei ein Scheitelpunkt a1 zu der
Gleit-Oberfläche 3a gerichtet ist. Die quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 5 bilden ein Spitzen-Ende eines
säulenförmigen Kristalls 4, der sich von der Unterlage-Schicht
2 2 erstreckt. Auf einer Oberfläche des dichten Bereichs J sind
sich radial erstreckende, pyramidenförmige Erhebungen
vorgesehen, z. B. quadratische, pyramidenförmige Kristalle 5 4 in
der dargestellten Ausführungsform, wobei der Bereich eine
Deformation der Spitzen-Enden der säulenförmigen Kristalle 4
ist. Die prozentuale Fläche A1 der dichten Bereiche J in der
Matrix H liegt bevorzugter Weise in dem Bereich 5% A1 50%,
und A1 ist in dem Beispiel in Fig. 34 gleich 50%.
Der Orientierungsindex Oe des Pb-Legierungskristalls, der
die Matrix H bildet, ist in den (200) und (400) Ebenen und
somit in einer (h00) Ebene 100%, wie in der ersten
Ausführungsform, und daher hat der Pb-Legierungskristall eine
in jeder der Richtungen von Kristallachsen a, b und c
orientierte Kristallfläche, d. h. eine (h00) Ebene.
Jede der Fig. 36 und 37 ist eine Mikroskop-Aufnahme
(1000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur einer
Pb-Legierung in einer anderen Gleit-Oberfläche 3a zeigt. In
Fig. 36 ist die prozentuale Fläche A1 der dichten Bereiche J
in der Gleitfläche 3a gleich 10% (A1= 10%) und in Fig. 37
ist die prozentuale Fläche A1 der dichten Bereiche J in der
Gleit-Oberfläche 3a gleich 30% (A1=30%).
Fig. 38 ist eine Mikroskop-Aufnahme (5000fache
Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur einer Pb-Legierung
in einer weiteren Gleit-Oberfläche 3a zeigt. Die gesamte
Gleitoberfläche 3a wird von dichten Bereichen J gebildet.
Daher ist die prozentuale Fläche A1 der dichten Bereiche J in
der Gleit-Oberfläche 3a gleich 10% (A1 ist 10%).
Tabelle 9 zeigt einen Vergleich von verschiedenen
Gleitlagern (27) bis (30), (17) und (18) bezüglich der
Zusammensetzung der Oberflächenschicht, des Orientierungsindex
Oe in der (h00) Ebene, der Matrix H, der Kristallform und
dgl.
Das Gleitlager (27), umfaßt, als Beispiel der
vorliegenden Erfindung, den in Fig. 36 gezeigten
Pb-Legierungs-Bereich; das Gleitlager (28) umfaßt, als
Beispiel der vorliegenden Erfindung, den in Fig. 37 gezeigten
Pb-Legierungs-Bereich; das Gleitlager (29) umfaßt, als
Beispiel der vorliegenden Erfindung, den in Fig. 34 gezeigten
Pb-Legierungs-Bereich; und das Gleitlager (30) umfaßt, als
Beispiel der vorliegenden Erfindung, den in Fig. 38 gezeigten
Pb-Legierungs-Bereich. Wie man aus Tabelle 9 erkennt, wird die
Anzahl der erzeugten dichten Bereiche J erhöht, wenn die
Kathoden-Stromdichte erhöht wird.
Fig. 39 stellt die Ergebnisse eines Festfreß-Tests für
die Gleitlager (27) bis (30) als die Beispiele der
vorliegenden Erfindung und die Gleitlager (17) und (18) als
Vergleichsbeispiele dar.
Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes der
Gleitlager in Gleitkontakt mit einem Drehschaft gebracht wurde
und die an das Gleitlager angelegte Belastung allmählich
erhöht wurde. Fig. 39 stellt den Oberflächendruck dar, bei
dem das Festfressen der Oberflächenschicht von jedem der
Gleitlager erzeugt wurde.
Die Testbedingungen waren wie folgt: das für einen
Drehschaft verwendete Material war ein nitriertes JIS
S48C-Material; die Drehzahl des Drehschafts war 6000 U/min;
die Ölversorgungstemperatur war 120°C; der Ölversorgungsdruck
war 3 kg/cm2 und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.
Wie man aus Fig. 39 erkennt, weisen die Gleitlager (27)
bis (30), als die Beispiele der vorliegenden Erfindung, im
Vergleich mit den Gleitlagern (17) und (18), als
Vergleichsbeispiele, alle einen hervorragenden Widerstand
gegen das Festfressen auf. Dies kommt daher, daß in jedem der
Gleitlager (27) bis (30) die Oberfläche der Gleit-Oberfläche
3a vergrößert ist, so daß die Oberflächenschicht 3 eine
ausreichende Eigenschaft Öl zurückzuhalten aufweist, da die
Matrix H der Gleit-Oberfläche 3a von den quadratischen,
pyramidenförmigen Kristallen 5 und den dichten Bereichen J
gebildet ist, und an der Oberfläche derselben die
quadratischen, pyramidenförmigen Kristalle 5₄ vorgesehen sind.
Wenn jedoch die prozentuale Fläche A1 der dichten Bereiche J
kleiner ist als 5% (A1<5%), wird der Oberflächen-
Vergrößerungs-Effekt für die Gleit-Oberfläche 3a verringert.
Wenn jedoch A1 größer als 50% ist, können die dichten Bereiche
J ineinanderwachsen und daher wird eine prozentuale Fläche A1,
mit einem solchen Wert nicht bevorzugt, um die Festigkeit der
Oberflächenschicht 3 beizubehalten. Selbst bei dem Gleitlager
(30) als dem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann der
Effekt, die Eigenschaft der Oberflächenschicht 3 Öl
zurückzuhalten zu verbessern, durch die dichten Bereiche J
ebenfalls vorgesehen werden. Wenn jedoch die Matrix ein
körniger Kristall aus einer Pb-Legierung ist und die dichten
Bereiche J darin verteilt sind, kann der Effekt, die
Eigenschaft der Oberflächenschicht 3, Öl zurückzuhalten zu
verbessern, erreicht werden, wenn die prozentuale Fläche A1 der
dichten Bereiche kleiner als 5% ist (A1<5%).
Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenso ein Gleitlager,
in welchem eine Matrix H nur stumpfe, quadratische,
pyramidenförmige Kristalle (stumpfe, pyramidenförmige
Erhebungen) 6 umfaßt, welche eine obere Grundfläche 7
aufweisen, die zu der Gleit-Oberfläche 3a gerichtet ist, wie
in Fig. 8 dargestellt, sowie ferner wie ein Gleitlager, in
welchem eine Matrix H quadratische, pyramidenförmige Kristalle
5 und stumpfe, quadratische, pyramidenförmige Kristalle 6
umfaßt, wie in Fig. 40 dargestellt. Zusätzlich umfaßt die
vorliegende Erfindung ein Gleitlager, in welchem der dichte
Bereich J nur einen stumpfen, quadratischen, pyramidenförmigen
Kristall (stumpfe, pyramidenförmige Erhebung) auf seiner
Oberfläche aufweist, ebenso wie ein Gleitlager, in welchem der
dichte Bereich J quadratische, pyramidenförmige Kristalle 54
und einen stumpfen, quadratischen, pyramidenförmigen Kristall
6 auf seiner Oberfläche aufweist, wie in Fig. 40 dargestellt.
Ferner umfaßt die vorliegende Erfindung ebenso ein
Gleitlager, in welchem ein komplexer Bereich, der eine Matrix
H und dichte Bereiche J umfaßt, einen Bereich eines
Gleitlagers 3a bildet, d. h. der komplexe Bereich liegt in
einem verteilten Zustand vor. In diesem Fall wird die
prozentuale Fläche A3 des komplexen Bereiches in der
Gleit-Oberfläche 3a in einem Bereich von A3 50% eingestellt.
Zusätzlich ist, wie in der ersten Ausführungsform, der
Neigungswinkel R eines quadratischen, pyramidenförmigen
Kristalls 5 und eines stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalls 6 in der Matrix H in einem Bereich
von 0° R 30° eingestellt.
Die Fig. 41 bis 44 stellen eine fünfte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 41 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme
(10 000fache Vergrößerung), welche eine Kristallstruktur einer
Pb-Legierung in einer Gleit-Oberfläche 3a einer
Oberflächenschicht 3 zeigt. Die Gleit-Oberfläche 3a wurde
gebildet, indem eine abgelagerte Schicht, welche eine Struktur
aufweist, die gleich der in den Fig. 3 und 5 bis 7 ist,
einem Elektro-Ätzverfahren ausgesetzt wurde. In diesem
Elektro-Ätzverfahren wird als Ätzlösung eine wäßrige Lösung
von 20 bis 100 g Bor-Fluor-Säure pro Liter Wasser verwendet,
und die abgelagerte Schicht wird an die Plus-Seite (Anode,+)
angeschlossen. Die Oberflächenschicht 3 weist eine Mehrzahl
von winkelförmigen Erhebungen 13 auf, welche die
Gleit-Oberfläche 3a bilden, was ebenso durch die Fig. 42
gezeigt wird. Die winkelförmige Erhebung 13 wird in einer im
wesentlichen Stern-ähnlichen Form gebildet, welche eine
Mehrzahl (z. B. vier in der dargestellten Ausführungsform) von
Rückenlinien-Bereichen f3 aufweist, welche sich von einem
Scheitelpunkt f1 zu einem Grundbereich f2 erstrecken, wobei
eine Schräge zwischen zwei nebeneinanderliegenden
Rückenlinien-Bereichen f3 mit einer Vertiefung versehen ist.
In diesem Beispiel ist die prozentuale Fläche A4 der
winkelförmigen Erhebungen 13 in der Gleit-Oberfläche 3a 100%
(A4=100%).
Eine derartige Form wird aus folgendem Grund erhalten: In
den quadratischen, pyramidenförmigen Kristallen 5 ist die
Konzentration der Legierungselemente (Cu, Sn) in jedem der
Rückenlinien-Bereiche 14 höher als diejenige in den Schrägen 8
zwischen nebeneinanderliegenden Rückenlinien-Bereichen 14.
Eine derartige Konzentrationsverteilung von
Legierungselementen wird aufgrund der Tatsache erhalten, daß
die Stromdichte aufgrund eines Kanten-Effekts, der bei der
Galvanisierung auftritt, in jedem der Rückenlinien-Bereich 14
höher ist als diejenige in jeder der Schrägen 8.
Als Folge daraus wird die metallographische Struktur in
jedem der Rückenlinien-Bereiche 14 dichter, was zu einer
erhöhten Härte der Rückenlinien-Bereiche führt. Daher ist in
dem Elektro-Ätzverfahren der Betrag der Ablösung von jedem der
Rückenlinien-Bereiche äußerst klein, während der Betrag der
Ablösung der Schrägen 8 groß ist, wodurch die Schräge 8 mit
einer Vertiefung versehen wird. Somit wird in der
winkelförmigen Erhebung 13 die Härte des Scheitelpunkts f1 und
der Rückenlinien-Bereiche f3 höher als die der Schräge f4.
Wenn die Gleit-Oberfläche a3 von einer Mehrzahl der oben
beschriebenen winkelförmigen Erhebungen 13 gebildet wird, kann
eine geeignete Härte des Scheitelpunkts F1 von jeder der
winkelförmigen-Erhebungen 13 erhalten werden, und überdies
kann der Scheitelpunkt f1 bevorzugterweise nur gering
abgenutzt werden, wodurch eine verbesserte Anfangspassung der
Oberflächenschicht 3 vorgesehen wird. Zusätzlich wird aufgrund
dessen, daß jede winkelförmige Erhebung 13 eine im
wesentlichen Stern-ähnliche Form mit mit Vertiefungen
versehenen Schrägen f4 aufweist, die Oberfläche der
Gleit-Oberfläche 3a erhöht, wodurch der Oberflächenschicht 3
eine ausreichende Eigenschaft Öl zurückzuhalten gegeben wird.
Wenn die bevorzugte Abnutzung des Scheitelpunkts f1 in
einer Anfangsphase der Gleitbewegung vollendet ist und eine
ebene Fläche (welche einer oberen Grundfläche einer stumpfen,
quadratischen Pyramide entspricht) gebildet ist, ist zwischen
einer derartigen ebenen Fläche und einem Gegenelement immer
ein Ölfilm vorhanden, und somit wird die Gleit-Oberfläche 3a
danach äußerst langsam abgenutzt.
Fig. 43 stellt eine Beziehung zwischen der prozentualen
Fläche A4 der winkelförmigen Erhebungen in der Gleit-Oberfläche
und dem Oberflächendruck, bei dem das Festfressen erzeugt
wird, für die Oberflächenschichten von verschiedenen
Gleitlagern dar. In Fig. 43 entspricht die Gleit-Oberfläche
mit einer prozentualen Fläche A4=100% (A4=100%) der
Gleit-Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung, welche in
Fig. 41 gezeigt ist, und die Gleit-Oberfläche mit einer
prozentualen Fläche A4=0% (A4=0%) entspricht der
Gleit-Oberfläche beim Stand der Technik, welcher in den
Fig. 14 und 15 gezeigt ist. Die Gleit-Oberfläche mit einer
prozentualen Fläche A4, die kleiner als 100% ist (A4<100%)
umfaßt zusätzlich zu der winkelförmigen Erhebung 13 einen
quadratischen, pyramidenförmigen Kristall 5, einen körnigen
Kristall und dgl.
Der Festfreß-Test wurde ausgeführt, indem jedes der
Gleitlager in Gleitkontakt mit einem Drehschaft gebracht wurde
und die an das Gleitlager angelegte Belastung erhöht wurde.
Die in Fig. 43 gezeigten Werte wurden bestimmt, wenn ein
Festfressen der Oberflächenschicht des Gleitlagers erzeugt
wurde.
Die Testbedingungen waren wie folgt: das für einen
Drehschaft verwendete Material war ein nitriertes JIS
S48C-Material; die Drehzahl des Drehschafts war 6000 U/min;
die Ölversorgungstemperatur war 120°C; der Ölversorgungsdruck
war 3 kg/cm2; und die angelegte Belastung war 1 kg/sec.
Wie man in Fig. 43 erkennt, wird der Widerstand der
Oberflächenschicht gegen das Festfressen erhöht, wenn die
prozentuale Fläche A4 der winkelförmigen Erhebungen 13 erhöht
wird. Das ist signifikant, wenn die prozentuale Fläche A4 50%
ist. Die prozentuale Fläche A4 der winkelförmigen Erhebungen
13 ist bevorzugterweise in einem Bereich von A4 80%.
Fig. 44 stellt eine Oberflächenschicht 3 dar, welche
hergestellt wurde, indem die abgelagerte Schicht, welche eine
Struktur gleich der Fig. 18 gezeigten Struktur aufweist,
einem Elektro-Ätzverfahren unterzogen wurde. In diesem Fall
wird eine Gleit-Oberfläche 3a aus winkelförmigen Erhebungen 15
gebildet, wovon jede einen flachen Scheitel f5 aufweist. Eine
Gleitcharakteristik, die gleich der oben beschriebenen ist,
kann selbst bei Gleit-Oberflächen 3a erhalten werden, welche
winkelförmige Erhebungen 15 mit einem flachen Scheitel, oder
eine kombinierte Struktur, welche winkelförmige Erhebungen 15
mit einem flachen Scheitel und winkelförmige Erhebungen 13 des
oben beschriebenen Typs umfaßt, aufweist. In diesem Fall wird
wenigstens ein Bereich der Gleit-Oberfläche 3a von den flachen
Scheiteln f5 der winkelförmigen Erhebungen 15 gebildet,
wodurch sichergestellt ist, daß ab einer Anfangsphase der
Gleitbewegung zwischen einem Gegenelement und den Scheiteln f5
ein Ölfilm gebildet werden kann, wodurch eine verbesserte
Anfangspassung und eine Stabilisierung vorgesehen wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenso ein Gleitlager,
welches winkelförmige Erhebungen 15 oder sowohl winkelförmige
Erhebungen 13 als auch 15 aufweist, welche einen Bereich der
Gleit-Oberfläche 3a bilden. In diesem Fall liegt die
prozentuale Fläche A4 der winkelförmigen Erhebungen 13 oder
dgl. in der Gleit-Oberfläche 3a wünschenswerterweise in einem
Bereich von A4 50%. Der Neigungswinkel der winkelförmigen
Erhebungen 13, 15 und somit der quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 5 und der stumpfen, quadratischen,
pyramidenförmigen Kristalle 6 ist derart eingestellt, daß, wie
in der ersten Ausführungsform, 0° R 30° ist.
Obwohl die Oberflächenschicht 3 in den oben beschriebenen
Ausführungsformen in dem Elektro-Metallisier-(Galvanisier-)
Verfahren hergestellt worden ist, können andere Verfahren zum
Herstellen von Oberflächenschichten, wie z. B. Verfahren, die
eine Gasphase verwenden, z. B. PVD, Ionen-Plattierung, CVD,
Abtragen (Sputtern) etc., verwendet werden. Zum Herstellen von
pyramidenförmigen Erhebungen 5 oder dgl. auf der
Gleitoberfläche 3a ist es möglich, Ätzprozesse, wie z. B.
chemisches Ätzen, Elektro-Ätzen, Gasphasen-Ätzen
(Beschußbehandlung), Umwandel-Prozesse (Transferring) und
Bearbeitungs-Prozesse, wie z. B. das Einschneiden (Cutting), zu
verwenden.
Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung
nicht auf Gleitlager eingeschränkt ist, sondern ebenso für
andere Gleitelemente angewendet werden kann.
Claims (19)
1. Gleitelement, umfassend eine Oberflächenschicht mit einer
Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement, worin
- - die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von pyramiden förmigen Erhebungen aufweist, die aus einer sich entlang der Gleit-Oberfläche erstreckenden, fiktiven Ebene herausragen, und dadurch die Gleit-Oberfläche festlegen;
- - eine durch die pyramidenförmigen Erhebungen in der Gleitoberfläche besetzte prozentuale Fläche A größer oder gleich 50% ist (A 50%); und worin,
- - wenn ein Neigungswinkel, der durch eine gerade, durch einen Scheitelpunkt und einen zentralen Bereich der Grundfläche der pyramidenförmigen Erhebung laufende Linie in bezug auf eine orthogonal zu der fiktiven Ebene stehenden Bezugslinie gebildet ist, durch R dargestellt wird, der Neigungswinkel R der pyramidenförmigen Erhe bung in einem Bereich von 0° R 30° liegt.
2. Gleitelement, umfassend eine Oberflächenschicht mit einer
Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement, worin
- - die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen aufweist, die aus einer sich entlang der Gleit-Oberfläche erstreckenden, fiktiven Ebene herausragen, und dadurch die Gleit-Oberfläche festlegen;
- - eine durch die stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen in der Gleit-Oberfläche besetzte prozentuale Fläche A größer oder gleich 50% ist (A 50%); und worin,
- - wenn ein Neigungswinkel, der durch eine gerade, durch zentrale Bereiche von oberen und unteren Grundflächen der stumpfen, pyramidenförmigen Erhebung durchgehende Linie mit Bezug auf eine orthogonal zu der fiktiven Ebene stehende Bezugs-Linie gebildet ist, durch R dargestellt ist, der Neigungswinkel R der stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen in einem Bereich von 0° R 30° liegt.
3. Gleitelement, umfassend eine Oberflächenschicht mit einer
Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement, worin
- - die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von pyramidenförmi gen Erhebungen und eine Mehrzahl von stumpfen, pyramiden förmigen Erhebungen aufweist, welche beide aus einer sich entlang der Gleit-Oberfläche erstreckenden, fiktiven Ebene herausragen, und dadurch die Gleit-Oberfläche festlegen;
- - eine in der Gleitoberfläche durch die pyramidenförmigen und stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen besetzte, prozentuale Fläche A größer oder gleich 50% ist (A 50%); und worin,
- - wenn ein Neigungswinkel, der durch eine gerade, durch einen Scheitelpunkt und einen zentralen Bereich einer Grundfläche der pyramidenförmigen Erhebung durchgehende Linie und eine gerade, durch einen zentralen Bereich von oberen und unteren Grundflächen der stumpfen, pyramiden förmigen Erhebungen durchgehende Linie mit Bezug auf eine orthogonal zu der fiktiven Ebene stehende Bezugslinie ge bildet ist, durch R dargestellt wird, der Neigungswinkel R der pyramidenförmigen Erhebung und der stumpfen, pyramidenförmigen Erhebung in einem Bereich von 0° R 30° liegt.
4. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Erhe
bung einen Vorsprung um eine Grundfläche derselben aufweist,
derart, daß Öl kurzzeitig zurückgehalten werden kann.
5. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin nebenein
anderliegende Erhebungen durch ein Sperrstück miteinander
verbunden sind, welches dazu dient, daß zwischen den nebenein
anderliegenden Erhebungen Öl kurzzeitig zurückgehalten werden
kann.
6. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin eine von
nebeneinanderliegenden Erhöhungen in eine andere der Erhöhun
gen eingreift.
7. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin jede der
Erhebungen ein Spitzen-Ende eines säulenartigen Kristalls
bildet und einer von nebeneinanderliegenden, säulenartigen
Kristallen in einen anderen der Kristalle eingreift.
8. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Erhe
bungen zusammengelagert sind, um eine Matrix zu bilden, welche
eine Mehrzahl von in der Matrix verbreiteten dichten Bereichen
umfaßt, wobei die dichten Bereiche wenigstens eine der pyrami
denförmigen Erhebungen und der stumpfen, pyramidenförmigen
Erhebungen aufweisen, welche im wesentlichen radial aus einer
Oberfläche des dichten Bereichs herausragen.
9. Gleitelement nach Anspruch 8, worin die von den dichten
Bereichen in der Matrix besetzte prozentuale Fläche A1 in einem
Bereich von 5% A1 50% liegt.
10. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Erhe
bung in einer Stern-ähnlichen Form gebildet ist, welche eine
Mehrzahl von Rückenlinien-Bereichen aufweist, die sich von
einem Scheitelpunkt in Richtung des Grundabschnitts der Erhe
bung erstrecken, wobei Schrägen zwischen nebeneinanderliegen
den Rückenlinien-Bereichen mit Vertiefungen versehen sind.
11. Gleitelement, welches eine Oberflächenschicht umfaßt, die
eine Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement aufweist, worin die
Oberflächenschicht eine Mehrzahl von pyramidenförmigen Erhe
bungen, wobei jede einen in Richtung der Gleit-Oberfläche
gerichteten Scheitelpunkt aufweist, oder/und eine Mehrzahl von
stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen, wobei jede eine obere
Grundfläche umfaßt, die zu der Gleitoberfläche so gerichtet
ist, daß sie die Gleitoberfläche festlegt, wobei die Erhebung
mit um ihre Grundbereiche angeordneten, Vorsprüngen versehen
ist, derart daß Öl kurzzeitig zurückgehalten werden kann.
12. Gleitelement, welches eine Oberflächenschicht umfaßt, die
eine Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement aufweist,
worin die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von pyramidenförmi
gen Erhebungen aufweist, wovon jede einen in Richtung der
Gleit-Oberfläche gerichteten Scheitelpunkt aufweist, oder/und
eine Mehrzahl von stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen,
wovon jede eine obere Grundfläche aufweist, die zur Gleit-
Oberfläche so gerichtet ist, daß sie die Gleit-Oberfläche
festlegt, wobei nebeneinanderliegende Erhebungen durch ein
Sperrstück miteinander verbunden sind, derart daß Öl kurzzei
tig zwischen diesen Erhebungen zurückgehalten werden kann.
13. Gleitelement, welches eine Oberflächenschicht umfaßt, die
eine Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement aufweist,
worin die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von pyramidenförmi
gen Erhebungen oder/und eine Mehrzahl von stumpfen, pyramiden
förmigen Erhebungen aufweist, welche die Gleit-Oberfläche
festlegen, wobei eine von nebeneinanderliegenden Erhebungen in
eine andere der Erhebungen eingreift.
14. Gleitelement, welches ein Grundelement und eine Oberflä
chenschicht umfaßt, welche aus einer Legierung hergestellt ist
und auf dem Grundelement ausgebildet ist und eine Gleit-Ober
fläche für ein Gegenelement aufweist, worin die Oberflächen
schicht eine Mehrzahl von säulenartigen Kristallen aufweist,
welche sich von einer Seite des Grundelements erstrecken,
wobei einer von nebeneinanderliegenden, säulenförmigen Kri
stallen in einen anderen der Kristalle eingreift.
15. Gleitelement, welches eine Oberflächenschicht umfaßt, die
eine Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement aufweist,
worin die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von dichten Berei
chen aufweist, wobei jeder im wesentlichen radial hervorste
hende, pyramidenförmige Erhebungen oder/und stumpfe, pyrami
denförmige Erhebungen auf einer Oberfläche desselben umfaßt,
welche die Gleit-Oberfläche festlegen, wobei eine in der
Gleitoberfläche mit den dichten Bereichen besetzte prozentuale
Fläche A1 in einem Bereich A1 5% eingestellt ist.
16. Gleitelement, welches eine Oberflächenschicht umfaßt, die
eine Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement aufweist,
worin
- - die Oberflächenschicht eine Matrix aufweist, welche die Gleitoberfläche festlegt, und dichte Bereiche in der Matrix verteilt sind,
- - die Matrix aus einer Anhäufung von pyramidenförmigen Erhe bungen oder/und stumpfen, pyramidenförmigen Erhebungen gebil det ist, und
- - der dichte Bereich im wesentlichen radial hervorragende, pyramidenförmige Erhebungen oder/und stumpfe, pyramidenförmige Erhebungen auf seiner Oberfläche aufweist.
17. Gleitelement nach Anspruch 16, worin eine in der Matrix
mit den massiven Bereichen besetzte, prozentuale Fläche A1 im
Bereich von 5% A1 50% eingestellt ist.
18. Gleitelement, welches eine Oberflächenschicht umfaßt, die
eine Gleit-Oberfläche für ein Gegenelement aufweist,
worin die Oberflächenschicht eine Mehrzahl von winkelförmigen
Erhebungen aufweist, welche die Gleit-Oberfläche festlegen,
wobei die winkelförmigen Erhebungen in einer im wesentlichen
Stern-ähnlichen Form ausgebildet sind, welche eine Mehrzahl
von Rücklinien-Bereichen aufweist, die sich von einem Schei
telpunkt zu einer Grundfläche der winkelförmigen Erhebung er
strecken, wobei Schrägen zwischen nebeneinanderliegenden
Rückenlinien-Bereichen mit Vertiefungen versehen sind.
19. Gleitelement nach Anspruch 18,
worin eine in der Gleit-Oberfläche mit den winkelförmigen
Erhebungen besetzte, prozentuale Fläche A4 in einem Bereich von
A4 50% liegt.
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