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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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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.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Gleitlager bereitzustellen,
welches sowohl bezüglich
der Antifresseigenschaft als auch bezüglich der Dauerfestigkeit hervorragend
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Gleitlager gemäß Anspruch 1 erfüllt. Die
abhängigen
Ansprüche definieren
bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise gestrichelte Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Gleitlagers;
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2 ist
eine Abwicklung des Gleitlagers;
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3 ist
eine vergrößerte Draufsicht
eines Abschnitts des Gleitlagers, um die Konfiguration der Vertiefungen
darzustellen;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts des Gleitlagers;
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5 ist
eine vergrößerte Draufsicht
eines Abschnitts des Gleitlagers, um eine Bewegung eines Fremdkörpers zu
erläutern;
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6 ist
eine vergrößerte Draufsicht
eines Abschnitts des Gleitlagers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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7 ist
eine vergrößerte Draufsicht
eines Abschnitts eines Gleitlagers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
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8 ist
eine vergrößerte Draufsicht
eines Abschnitts eines Gleitlagers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
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9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts eines herkömmlichen
Gleitlagers; und
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10 ist
eine vergrößerte Draufsicht
des herkömmlichen
Gleitlagers.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.