DE60025423T2 - Gleitlagerbuchse mit einer Reibfläche mit Zickzackmustern - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Gleitlager und insbesondere ein Gleitlager, welches eine Gleitlagerschicht aufweist, bei welcher die innere Oberfläche eine strukturierte unebene Oberfläche ist und mit einer Deckschicht beschichtet ist.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Ein Gleitlager des Typs, bei welchem eine Gleitlagerschicht mit einem Rückmetall verbunden ist und eine Deckschicht, welche aus einem weichen Material, wie z.B. einer Pb-Sn-Legierung, hergestellt ist, auf der inneren Oberfläche der Lagerlegierungsschicht vorhanden ist, um so das Formanpassungsvermögen und die Einbettfähigkeit für einen Fremdkörper zu verbessern, ist bekannt. Ein Gleitlager des Typs, bei welchem eine Zwischenschicht, welche aus Ni oder ähnlichem hergestellt ist, zwischen der Lagerlegierungsschicht und der Deckschicht vorhanden ist, um so zu verhindern, dass Bestandteile, welche in der Deckschicht enthalten sind, in die Gleitlagerschicht eindiffundieren, und das Haftvermögen der Deckschicht zu verbessern, ist auch bekannt.
  • Wenn bei solchen Lagertypen die Deckschicht bis zu dem Umfang verschleißt, dass die harte Zwischenschicht weithin erreicht wird, würde eine zugehörige Welle direkt auf der harten Zwischenschicht gleiten und somit dazu führen, dass ein Festfressen abrupt auftritt. Daher ist auch ein Gleitlager des Typs bekannt, bei welchem eine Mehrzahl von Vertiefungen 64 in der Umfangsrichtung auf der inneren Oberfläche der Gleitlagerschicht 61 durch Ausbohren ausgebildet sind und eine Zwischenschicht 62 und eine Deckschicht 63 weiter auf den Vertiefungen 64, wie es in 9 und 10 dargestellt ist, vorhanden sind, so dass, auch wenn die Deckschicht 63 verschleißt, die Zwischenschicht 62 und/oder die Lagerlegierungsschicht 61 nicht weithin erreicht wird, aber sich mit der weichen Deckschicht 63 in den Vertiefungen 64 vermischt, so dass eine Antifresseigenschaft beibehalten wird.
  • Aus der DE 36 21 577 A1 ist ein Gleitlager bekannt, bei welchem eine Mehrzahl von Vertiefungen auf der inneren Oberfläche der Gleitlagerschicht ausgebildet ist. Die Vertiefungen sind nur in einem Bereich des zylindrisch geformten Lagers ausgebildet, welcher im Wesentlichen den Bereich der höchsten Druckbelastung überdeckt. Die Vertiefungen können in solcher Weise ausgebildet sein, dass sie sich schräg zu der Umfangsrichtung des Gleitlagers erstrecken und können die Form von Schraubengewinden aufweisen, welche sich einander derart schneiden, dass rautenförmig oder dreieckig geformte hervorragende Abschnitte zwischen den Vertiefungen ausgebildet sind. Dieses bekannte Gleitlager entspricht den Merkmalen, welche in dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 spezifiziert sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Da sich jedoch die durch Ausbohren ausgebildeten Vertiefungen 64 parallel zueinander in der Umfangsrichtung erstrecken, wird, wenn ein Fremdkörper X, wie z.B. ein Span oder ein Verschleißprodukt eines Schmiermittels, zwischen die Welle und das Gleitlager während des Betriebs eingeführt wird, der Fremdkörper reibend in der Umfangsrichtung bewegt während er einen langen Kratzer (oder eine Beschädigung) auf der Oberfläche der Deckschicht hinterlässt. Als Ergebnis wird die Antifresseigenschaft des Lagers verringert und die Beschädigung kann die Ausbreitung eines Ermüdungsrisses verursachen. Daher ist es unmöglich, ein Gleitlager bereitzustellen, welches sowohl bezüglich der Antifresseigenschaft als auch bezüglich der Dauerfestigkeit hervorragend ist.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Gleitlager bereitzustellen, welches sowohl bezüglich der Antifresseigenschaft als auch bezüglich der Dauerfestigkeit hervorragend ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Gleitlager gemäß Anspruch 1 erfüllt. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird ein Gleitlager des Typs bereitgestellt, bei welchem eine Mehrzahl von Vertiefungen auf der inneren Oberfläche einer Gleitlagerschicht ausgebildet ist, wobei jede der Vertiefungen einen gebogenen Abschnitt aufweist, so dass, ein Fremdkörper, welcher zwischen eine zugehörige Welle und das Gleitlager eingeführt ist, in der Umfangsrichtung gemäß der Drehung der Welle bewegt wird, wobei der Fremdkörper gegen eine Seitenkante der Vertiefung verläuft und sich entlang der Seitenkante bewegt und daran anschließend die Seitenkante wieder verlässt. Insbesondere erstreckt sich jede der Vertiefungen im Zickzack auf der inneren Oberfläche der Gleitlagerschicht, ohne die anderen Vertiefungen zu schneiden.
  • Wenn ein Fremdkörper zwischen die Welle und das Gleitlager eindringt, wird er erfindungsgemäß in der Umfangsrichtung bewegt während er durch die Druckkraft der Welle in die weiche Deckschicht eingebettet wird. Danach verläuft der Fremdkörper gegen eine Seitenkante der Vertiefung und bewegt sich entlang der Seitenkante während er gegen die Seitenkante gedrückt wird. Die Druckkraft fördert das Einbetten des Fremdkörpers in die Deckschicht. Da darüber hinaus der Fremdkörper, welcher nicht angemessen in die Deckschicht eingebettet wird, die Seitenkante an dem gebogenen Abschnitt verlässt und sich in der Umfangsrichtung bewegt, bis er gegen die nächste Seitenkante verläuft, greift der Fremdkörper nicht auf einer Seitenkante der Vertiefung an.
  • Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vertiefung in einer Ringkonfiguration ausgebildet, welche der inneren Oberfläche der Lagerlegierungsschicht entspricht. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vertiefung in einer Spiralkonfiguration bezüglich der Umfangsrichtung auf der inneren Oberfläche der Lagerlegierungsschicht ausgebildet.
  • Die Lagerlegierung kann aus einer Cu-Legierung oder einer Al-Legierung für entsprechende Beispiele ausgebildet sein. Die Deckschicht kann aus einem hergestellt sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Pb, einer Pb-Legierung, Sn, einer Sn-Legierung und einem bekannten Gleitharz, wie z.B. PTFE und PFA.
  • Darüber hinaus kann die Lagerlegierung direkt mit der Deckschicht überdeckt sein. Alternativ kann die Zwischenschicht, z.B. Ni oder Ag, zwischen der Lagerlegierungsschicht und der Deckschicht vorhanden sein, um so die Haftfähigkeit zu verbessern und zu verhindern, dass Bestandteile, welche in der Deckschicht vorhanden sind, in die Lagerlegierungsschicht eindiffundieren, wie es in Anspruch 2 beansprucht ist. Die Zwischenschicht kann aus einem hergestellt sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe Ni, Ag, einer Ni-Legierung, Cu, einer Cu-Legierung, Co, einer Co-Legierung, Sn, einer Sn-Legierung, einer Ag-Legierung, Zn und einer Zn-Legierung, zum Beispiel.
  • Die Deckschicht kann aus einer Blei-Zinn-Legierung, gemäß einem entsprechenden Beispiel, hergestellt sein. Die Deckschicht kann jedoch aus einem anderen weichen Material, wie z.B. einem Harz oder einer Zinnausgangslegierung, hergestellt sein.
  • Erfindungsgemäß sind die Vertiefungen in einer Zickzack-Form ausgebildet, so dass, wenn ein Fremdkörper, welcher zwischen gleitende Oberflächen einer Welle und eines Gleitlagers eingeführt ist, in der Umfangsrichtung gemäß der Drehung der Welle bewegt wird, er gegen eine Seitenkante der Vertiefung verläuft und sich entlang der Seitenkante bewegt und daran anschließend die Seitenkante wieder verlässt. Darüber hinaus ist die innere Oberfläche der Lagerlegierungsschicht aufgrund der darauf in der Umfangsrichtung ausgebildeten Vertiefung in einem strukturierten unebenen Zustand ausgebildet, und die Deckschicht ist auf der inneren Oberfläche der Lagerlegierungsschicht vorhanden, um die Vertiefung zu füllen, wodurch ein Gleitlager bereitgestellt wird, welches bezüglich der Antifresseigenschaft und der Einbettfähigkeit für einen Fremdkörper ausgezeichnet ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine teilweise gestrichelte Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Gleitlagers;
  • 2 ist eine Abwicklung des Gleitlagers;
  • 3 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts des Gleitlagers, um die Konfiguration der Vertiefungen darzustellen;
  • 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Gleitlagers;
  • 5 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts des Gleitlagers, um eine Bewegung eines Fremdkörpers zu erläutern;
  • 6 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts des Gleitlagers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 7 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Gleitlagers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
  • 8 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Gleitlagers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
  • 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts eines herkömmlichen Gleitlagers; und
  • 10 ist eine vergrößerte Draufsicht des herkömmlichen Gleitlagers.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform tritt der Abschnitt der minimalen Ölfilmdicke (Hmin.), welcher auf der inneren Oberfläche einer Gleitlagerhälfte 1 in Verbindung mit einer zugehörigen Welle ausgebildet ist, in der Mitte der inneren Oberfläche in der Umfangsrichtung (nämlich in der seitlichen Richtung der 2) auf. Daher ist die innere Oberfläche der Gleitlagerhälfte 1 als eine strukturierte unebene Oberfläche (wird im Folgenden beschrieben) in dem Winkelbereich von 70° von der Umfangsmittellinie L (um die Achse des Lagers herum) zu dem entsprechenden Umfangende des Lagers ausgebildet, um so den Abschnitt, in welchem die minimale Ölfilmdicke auftritt, abzudecken.
  • Ein Verfahren zur Herstellung dieser Gleitlagerhälfte 1 wird beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Bimetallplatte, welche durch Verbinden einer Gleitlagerschicht 2 einer Kupferlegierung mit einem Rückmetall (nicht dargestellt) ausgebildet wird, in einem vorbestimmten Ausmaß geschnitten und die Bimetallplatte wird in eine halbzylindrische Form durch Bearbeiten (Pressformen) gebogen und daran anschließend werden Enden des gekrümmten Stückes bearbeitet, so dass die Gleitlagerhälfte 1 einer halbzylindrischen Form mit einem Außendurchmesser von 56 mm und einer Breite von 26 mm bereitgestellt wird.
  • Als nächstes wird die erhaltene Gleitlagerhälfte 1 einem Entfetten durch eine Wasserreinigung, einem elektrolytischen Entfetten und einem Beizen, als Vorbearbeitung, unterzogen. Dann werden Bereiche, welche nicht zu ätzen sind, abgedeckt. Bei dieser Ausführungsform wird das Abdecken durch Tampondruck bewirkt, wobei das Abdeckmaterial HER300 (Warenzeichen), welches durch OKUMURA SEIYAKU KOGYO K. K. in Japan produziert wird, verwendet wird.
  • Wie es gut bekannt ist, kann Tampondruck verschiedene Formen von Mustern bereitstellen, während diese Ausführungsform die im Folgenden beschriebenen Muster einsetzt. Ein Abdeckmaterial für diesen Tampondruck ist HER300 (Warenzeichen), welches bezüglich Säurefestigkeit und der Laugenfestigkeit ausgezeichnet ist. Das Abdeckmaterial HER300 (Warenzeichen) wird auf der inneren Oberfläche des Gleitlagers außer auf den zu ätzenden Bereichen, der äußeren Oberfläche und den Kantenoberflächen zum Beschichten von diesen aufgebracht. Nachdem die gesamte Gleitlagerhälfte 1 mit Ausnahme der zu ätzenden Bereichen beschichtet ist, wird ein Ätzen ausgeführt. Genauer gesagt wird die Gleitlagerhälfte 1 in eine ätzende Lösung eingetaucht, welche 20 ml/l Salpetersäure, 20 ml/l Wasserstoffperoxid und 20 ml/l Salzsäure enthält, und dann wird ein elektrolytisches Ätzen bei einer Stromdichte von 2 A/dm2 bei 20°C für 10 Minuten ausgeführt. Als Ergebnis werden die Bereiche, welche nicht mit dem Abdeckmaterial abgedeckt sind, geätzt, um Vertiefungen "a" mit einem im Allgemeinen kanalförmigen Querschnitt und einer Tiefe von 20 μm (siehe 4) auszubilden. Im Gegensatz dazu werden die Bereiche, welche mit dem Abdeckmaterial überdeckt sind, nicht geätzt und verbleiben damit unversehrt, um längliche Vorsprünge "b" auszubilden, so dass die innere Oberfläche der Lagerlegierungsschicht 2 in einen strukturierten unebenen Zustand umgesetzt wird. Die Ätztiefe kann eingestellt werden, indem die Bedingung des elektrolytischen Ätzens geeignet verändert wird. Nach dem elektrolytischen Ätzen wird das Gleitlager durch Wasser abgespült, um so dass Abdeckmaterial zu entfernen.
  • Dann wird nach dem elektrolytischen Beizen eine Zwischenschicht 3 mit einer Dicke von 1,5 μm durch ein Plattieren mit Ni ausgebildet. Als Ergebnis wird die Zwischenschicht 3 derart ausgebildet, dass sie die strukturierte unebene Oberfläche überdeckt. Die Zwischenschicht 3 ist nämlich in Übereinstimmung mit der Kontur der strukturierten unebenen Oberfläche versehen. Dann wird eine Deckschicht 3 mit einer Dicke von 20 μm durch Plattieren einer Blei-Zinn-Legierung auf der Zwischenschicht 3 ausgebildet. Die erhaltene Gleitlagerhälfte 1 wird einer Abschlussbearbeitung unterzogen, so dass die in 1 und 2 dargestellte Gleitlagerhälfte 1 fertig gestellt wird.
  • Die innere Oberfläche der Gleitlagerschicht 2 (siehe 4), welche aus einer Kupferlegierung hergestellt ist, wird mit der Zwischenschicht 3, welche aus Nickel mit einer Dicke von 1,5 μm hergestellt ist, überdeckt, und die Zwischenschicht 3 wird mit der Deckschicht 4, welche aus einer Blei-Zinn-Legierung mit einer Dicke von 20 μm hergestellt ist, überdeckt.
  • Bei dieser Ausführungsform, wie sie in einem vergrößerten Maßstab in 3 dargestellt ist, werden die Vertiefungen "a" in einer kontinuierlichen Zickzackform, welche sich bandähnlich mit einer Breite von 100 μm erstreckt, ausgebildet (nämlich einer kontinuierlichen bergförmigen Form, welche aus einer Reihe von gleichschenkligen Dreiecken mit einem Abstand von 10 mm bestehen, wobei jedes der Dreiecke zwei innere Winkel von 30° bezüglich der Umfangsrichtung aufweist). Irgendwelche zwei benachbarte Vertiefungen "a" sind voneinander durch die Zickzackvorsprünge "b" mit einer Breite von 50 μm beabstandet. Somit sind die Vertiefungen "a" und die Vorsprünge "b" in der axialen Richtung abwechselnd angeordnet.
  • Dieses Gleitlager 1 ist auf einem Gehäuse (nicht dargestellt) montiert und wenn eine zugehörige Maschine arbeitet, verschleißt die Deckschicht 4 mit dem Verlauf der Zeit. Wenn die Deckschicht 4 bis zu einem Niveau I (dargestellt in 4) verschleißt ist, wird die Lagerlegierungsschicht 2 freigelegt. Da zu dieser Zeit eine Welle auf der Lagerlegierungsschicht 2 bei dem Abschnitt der Vorsprünge "b" und der weichen Deckschicht 4 bei dem Abschnitt der Vertiefungen "a" gleitet, liegt die Lagerlegierungsschicht 2 und/oder die harte Zwischenschicht 3 nicht weithin frei, so dass das Festfressen verhindert wird. Wenn in dieser Situation ein Fremdkörper X, welcher in 5 dargestellt ist, zwischen das Gleitlager und die Welle eingeführt wird, wird der Fremdkörper X in der Umfangsrichtung in der Deckschicht 4 gemäß der Drehung der Welle bewegt und verläuft gegen eine Seitenkante der Vorsprünge "b". Da die Seitenkante mit einem Winkel von 30° relativ zu der Umfangsrichtung geneigt ist, bewegt sich der Fremdkörper X entlang der Seitenkante während er in die Deckschicht 4 eingebettet wird. Wenn sich danach der Fremdkörper X über den Scheitel eines Dreiecks, welches durch die Seitenkante gebildet wird, bewegt, verlässt der Fremdkörper X dieses dort und bewegt sich in der Umfangsrichtung wieder durch die Deckschicht und trifft danach gegen die nächste Seitenkante der Vorsprünge "b". Wenn sich der Fremdkörper X entlang der Seitenkante der Vorsprünge "b" bewegt, neigt der Fremdkörper X im Vergleich zu dem Fall, wo sich der Fremdkörper X in der Umfangsrichtung durch die Deckschicht 4 bewegt, mehr dazu, in der Deckschicht 4 eingebettet zu werden, und daher wird der Fremdkörper X bald in der Deckschicht 4 eingebettet und unschädlich gemacht, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass die Deckschicht 4 stark beschädigt wird. Darüber hinaus ist der Grund, dass die Dreiecke der Vertiefungen "a" mit einem Abstand von 10 mm angeordnet sind, dass, wenn die Seitenkante viel länger ist, der Fremdkörper X über eine lange Zeit mit den Vorsprüngen gedrückt gehalten wird, so dass das Festfressen eher auftritt.
  • Und außerdem, auch wenn sich ein Ermüdungsriss in der Deckschicht 4 entwickelt, erreicht der Ermüdungsriss die Vorsprünge "b" bald, so dass die weitere Ausbreitung verhindert und das Reißen auf einen kleinen Bereich begrenzt wird.
  • Obwohl eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform vorab im Detail beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt, sondern verschiedene Modifikationen, wie sie im folgenden beispielhaft beschrieben werden, können vorgenommen werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
    • (1) Bei der vorab beschriebenen Ausführungsform kann, obwohl sich jede der Vertiefungen "a" in einer Zickzackform erstreckt, welche durch die Reihe von Dreiecken, die mit einem Abstand von 10 mm in der Umfangsrichtung angeordnet sind, die Vertiefung in einer sanft gekrümmten Zickzackform, wie sie in 6 dargestellt ist, ausgebildet sein. Bei der vorliegenden Erfindung können die Vertiefungen nämlich derart konfiguriert sein, dass sich ein Fremdkörper X bewegt während er eine Seitenkante eines Vorsprunges "b" berührt und sie danach verlässt und sich zu der nächsten Seitenkante der Vorsprünge "b" bewegt. Das Beispiel einer 3 kann in ein Beispiel einer 7 verändert werden, bei welchem sich die Vertiefungen "a" schräg relativ zu der Umfangsrichtung erstrecken. Darüber hinaus kann das Beispiel einer 6 in ein Beispiel einer 8 verändert werden, bei welchem sich die Vertiefungen "a" schräg relativ zu der Umfangsrichtung erstrecken.
    • (2) Bei der vorab beschriebenen Ausführungsform kann zum Beispiel, obwohl die Gleitoberfläche mit der aus einer Blei-Zinn-Legierung hergestellten Deckschicht 4 abgedeckt ist, die innere Oberfläche des Lagers derart bearbeitet sein, dass die Gleitlagerschicht 2 und die Deckschicht 4 in einer streifenförmigen Weise freiliegen.
    • (3) Bei der vorab beschriebenen Ausführungsform kann, obwohl die Tiefe des Ätzens in Verbindung mit der Gleitlagerschicht 2 zum Beispiel 20 μm beträgt, die Ätztiefe in dem Bereich von 5 bis 50 μm verändert werden, indem die Ätzbedingung verändert wird.

Claims (5)

  1. Gleitlager einer zylindrischen oder halbzylindrischen Form, umfassend: ein Rückmetall; eine Lagerlegierungsschicht (2), welche auf der inneren Oberfläche des Rückmetalls vorhanden ist, von welcher die innere Oberfläche auf Grund einer Mehrzahl von darauf in der Umfangsrichtung ausgebildeten Vertiefungen in einem strukturierten unebenen Zustand vorliegt; und eine Deckschicht (4), welche auf der inneren Oberfläche der Lagerlegierungsschicht (2) vorhanden ist, um so die Vertiefungen (a) zu füllen; wobei jede der Vertiefungen (a) einen gebogenen Abschnitt aufweist, so dass, wenn sich ein Fremdkörper zwischen einer zugehörigen Welle und dem Gleitlager in der Umfangsrichtung gemäß der Drehung der Welle bewegt, der Fremdkörper gegen eine Seitenkante der Vertiefung (a) läuft und sich entlang der Seitenkante bewegt und daran anschließend die Seitenkante wieder verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede der Vertiefungen (a) in einem Zickzack auf der inneren Oberfläche der Lagerlegierungsschicht (2) erstreckt, ohne die anderen Vertiefungen (a) zu schneiden.
  2. Gleitlager nach Anspruch 1, welches eine Zwischenschicht (3) umfasst, die zwischen der Lagerlegierungsschicht (2) und der Deckschicht (4) vorhanden ist, wobei die Zwischenschicht (3) aus Ni oder Ag hergestellt ist.
  3. Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefungen (a) eine leicht gekrümmte Form aufweisen.
  4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Vertiefungen (a) im Zickzack in der Umfangsrichtung erstrecken.
  5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Vertiefungen (a) im Zickzack in einer senkrechten Richtung zu der Umfangsrichtung erstrecken.
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