DE6929557U - Gleitlager mit inhomogener laufschicht. - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL-PHYS. HEINRICH SEID5 62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 . Postfach 12068 · Telefon (06121) 565382 Postsdiedk Frankfurt/Main 1810 08 · Bank Deutsche Bank 395 6372 · Nass. Sparkasse 1080030 65

Wiesbaden, den 18. Juli 1972 S/K G 239 s/rd

Glyco-Metall-Werke Daelen & Loοs GmbH Wiesbaden-Schierstein

Gleitlager mit inhomogener Laufschicht

Die Erfindung bezieht sich auf Gleitlagersohalen, Lagerbuchsen und Axiallager, die im folgenden zusammenfassend als Gleitlager bezeichnet werden.

Zweck der Erfindung ist es, hochbelastbare Gleitlager zu schaffen, die gleichzeitig eine grösstmögliche Sicherheit gegen ein Festfressen des Zapfens bieten, vowie einen sehr geringen Verschleiss am Gleitlager und Zapfen ergeben.

Bekannt ist die Verwendung sogenannter Dreistofflager. Diese bestehen aus einem Lagerrücken, beispielsweise einer Stahlschützschale, einer unteren Lagerlaufschicht aus Bleibronze

Dip] -Phy·.. Heinrich Seid;, ■ Patentanwalt · 62 Wiesbaden ■ Biersladter Höhe I." ■ IVitfach 12UoS · Telefon (O öl 21) 56 53

oder einer Aluminiumlegierung und darüber einer oberen Laufschicht aus Weissmetall. Bei Hochleistungslagern wird diese Weissmetallschicht galvanisch aufgebracht. Die Galvanikschicht ist im allgemeinen sehr dünn und zwar je nach Lagerbelastung zwischen 10 my und etwa 50 my. Lediglich bei nur massig belasteten Gleitlagern ist die Weissmetallschicht dicker. In diesem Fall wird die Weissmetallschicht teilweise auch aufgegossen. Die Bleibronze unter dieser Weissmetallschicht weist im allgemeinen einen Bleigehalt von max. 24 fo auf» Höhere Bleigehalte ergeben starke Seigerungen, so dass derartige Bronzen als Lagermaterial ungeeignet sind.

Häufig tritt nun ein Verschleiss der Weissmetallschicht ein, und die darunterliegende Bleibronze bzw. Aluminiumlegierung kommt zum Vorschein. Bei grösseren Maschinen und besonders bei grösseren Verbrennungsmotoren sind die Lagerzapfen häufig nicht gehärtet, und sofern eine nicht völlig hydrodynaiüsche Schmierung vorhanden ist, muss dann mit einem Verschleiss der Lagerzapfen gerechnet werden.

Pur die Lager, die besonders hoch belastet werden, wurden auch bereits Materialzusammensetzungen wie "Stahl-Silber-Bleilegierung" vorgeschlagen. Da das Silber wesentlich schlechtere Gleiteigenschaften als die Bleibronze hat, wurden in die Silber-

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schicht rautenartige Vertiefungen eingeprägt und der Lagerkörper mit einer hochbleihaltigen Legierung versehen. Anschliessend wurde das Lager ausgebohrt, so dass das Silber in der Lufflache sichtbar wurde, in den rautenartigen Vertiefungen jedoch noch Blei vorhanden war. Auf diese Weise konnte eine Lageroberfläche geschaffen werden, die gleichzeitig Silber und Blei enthielt. Das Silber lieferte eine Art Gerüst, um das Blei zu halten, während das Blei in erster Linie für die Gleiteigenschaften des Lagers verantwortlich war.

Diese bekannte Lagerausführung hat aber folgende Nachteile: Beim Einprägen der Vertiefungen in die Silberschicht tritt eine starke Verformung des Silbers auf, durch die eine Verfestigung des Materials hervorgerufen wird. Diese Verfestigung verschleehtert noch die ohnehin schlechten Gleiteigenschaften des Silbers, so dass auf diese Weise nicht Lager mit guten Gleiteigenschaften erzielt v/erden können. Ausserdem muss bei stärkerem Verschleiss derartiger Lager damit gerechnet werden, dass das Blei stellenweise völlig entfernt wird und nur noch die Silberschicht mit ihren schlechten Gleiteigenschaften übrig bleibt. Aus diesem Grund muss bei diesen bekannten Lagern in erhöhtem Mass mit Lagerfressern gerechnet werden. Darpberhinaus sind derartige Silberlager ausserordentlich teuer und daher nur in Sonderfällen verwendbar.

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Dipl.-ΓΙιν- lU'iniiih Scids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Bicrsladter Hohe 1 :< l'ostlaih 120i.8 · Telelon (061 21) 56 5382

Es sind auch Gleitlager bekannt, die eine unter der weichen Laufschicht liegende Unterlegeschicht mit Notlaufeigenschaften, insbesondere eine Unterlageschicht aus Bleibronze aufweisen, wobeii; diese Unterlageschicht axial genutzt ist. Bei solchen Gleitlagern wird aber zur Kalibrierung eine plastische Verformung der Laufschicht und der Unterlageschicht vorgenommen. Dabei entstehen erhebliche, für die Lagereigenschaften nachteilige stellenweise Verfestigungen und Materialveränderungen, insbesondere in den zwischen den Nuten verbliebenen Feldern der Unterlageschicht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager zu schaffen, dessen Laufschicht aus zwei für Lagerlaufflächen geeigneten, vorzugsweise legierten Werkstoffen verschiedener Härte aufgebaut ist und bei welchem beide Lagerwerkstoffe mit ihren Lagerwerkstoff-Eigenschaften unverändert erhalten sind.

Nach der Erfindung soll deshalb der härtere Lagerwerkstoff an seiner der Lagerlauffläche zugewandten Seite durch verformungsfreie Bearbeitung hergestellte Vertiefungen und dazwischen stechen gebliebene erhöhte Felder aufweisen, die frei von steilenweisen Verfestigungen und WerkstoffVeränderungen sind, wobei die Vertiefungen mit dem weicheren Lagerwerkstoff ausgefüllt sind.

Dipl.-Piiys. Heinrich beids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · BisrsUdler Hohe 15 Postfach 120 68 · Telefon (0 61 21) ^r^>5

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die auf den Lagerrükken beispielsweise eine Stahlstützschale aufgebrachte Legierung noch vertretbare Gleiteigenschaften besitzt. Ein Lagerfresser wird damit verhindert. Durch die verformungsfreie Bearbeitung an der Oberfläche des härteren Lagermaterials wird nicht nur ein Verfestigen und damit eine Verschlechterung der Gleiteigenschaften des härteren Lagermaterials verhindert, sondern vor allen Dingen die Möglichkeit geschaffen, solche Lagermaterialien, insbesondere Legierungen als härteres Lagermaterial zu schaffen, die v/irklich als Lageroberfläche geeignet sind. Las bei den bekannten Silberlagern benutzte Verformen der Silberoberfläche zum Anbringen der die Bleilegierung aufnehmenden Vertiefungen lässt sich nämlich bei wirklichen Lagerwerkstoffen, insbesondere Lagerlegierungen nicht ausführen, weil bei einer solchen starken. Verformung in erhöhtem Hass Blei oder weicherer Legierungsbestandteil aus der Oberfläche austritt, so dass eine Verschlechterung des ge legierten Lagermaterials durch eine unerwünschte Bleiverarmung der stehengebliebenen Teile vermieden wird. Ausserdem lässt sich auch ein durch eine verformende Bearbeitung hervorgerufene Verfestigung nicht mehr an legierten

sich Lagermaterialien rückgängig machen, da/infolge des niedrigen

Schmelzpunktes von Blei bzw. sonstigen weichen Legierungsbestandteilen keine entsprechend hohe Temperatur anwenden lässt, um das Lagermaterial spannungsfrei zu glühen. Eine solche hohe Temperatur Avürde zu erhöhtem Bleiaustritt aus Bleibronze oder

Dip! -!'In·, 'luniul, Suds ■ P.itenUnwalt · 62 Wiesbaden ■ Bier-t.idler I loin- 1.· IV-ti.nh ! 20 ι c ! ion (Od ?.

dgl. führen, was wiederum die stehengebliebene Bleibronze oder dgl. in ihren Gleiteigenschaften weiterhin sehr stark schädigen würde.

Die gemäss der Erfindung vorgeschlagenen verformungsfrei angebrachten Vertiefungen in der härteren Lagerwerkstoffschicht der Lagerlaufschicht sind nicht zu verwechseln mit den bekannten sogenannten Schwalbenschwanznuten, die zum Teil zur Verbesserung der Haftung eines Weissmetallausgusses in einer Stützschale aus Grauguss verwendet werden. Bei diesen bekannten Lagern, liegen diese Nuten im Verbindungsbereich zwischen der Lagerlaufschicht und dem Lagerrücken, und es darf niemals vorkommen, dass der Zapfen auf einer Mischoberfläche aus Grauguss und Weissmetall läuft, da dies zur Zerstörung des Zapfens führen würde. Im Gegensatz hierzu dienen die Vertiefungen intern erfindungsgemässen Vorschlag nicht zur Haftung der Lagermaterialien aus denen die Laufschicht aufgebaut ist, sondern sie sollen einen einwandfreien Lauf gerade bei einer Mischoberfläche des Lagers ermöglichen, sei es, dass diese Mischoberfläche von vornherein geschaffen wird, oder während des Betriebs des Lagers entsteht. Deshalb müssen nach dem er^indunpsgemässen Vorschlag beide Lagermaterialien, wenn auch nicht gleich*, gute, so doch vertretbare Lagereigenschaften aufweisen.

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Im Rahmen der Erfindung kann die Hischoberflache bereits von vornherein vorgesehen sein, wozu der weichore Lagerwerkstoff nur in den Vertiefungen des härteren Lagerwerkstoffes angeordnet ist und zusammen mit den unverteieften Oberflächenteilen des härteren Lagerwerkstoffes eine glatte geschlossene Lagerlauffläche bildet.

Es kann auch im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Mischoberfläche sich erst im Lauf des Betriebs des Lagers durch Verschleiss der Lagerlaufschicht bildet. Hierzu kann der weichere Lagerwerkstoff in neuem Zustand des Lagers wie bei einem Dreistofflager die gesamte Oberfläche des härteren Lagerwerkstoffes überdecken und zunächst die Lagerlauffläche bilden. Bei dieser letzteren Art von Lagern gemäss der Erfindung wird dann während des Betriebes und Verschleisses des Lagers die Oberfläche des härteren Lagerwerkstoffes ausserhalb der Vertiefungen freilie^r., während die Vertiefungen noch mit dem weicheren Lagerwerkstoff angefüllt sind.

Einige Beispiele werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläuterte Es zeigen:

Figur 1

bis 4 Querschnitte von als Beispiele dienenden Ausführungsformen der Erfindung;

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Dipl-I'hy... I leinruh Seids ■ Patentanwalt · 62 Wiesbaden · Biersladlcr Hoho 13 ■ Postfach 120oS · Telefon (0 61 21) 56 53 82

Figur 5 eine Draufsicht auf die Oberfläche einer vorbehandelten Lagerschale vor dem Aufbringen des weicheren Lagermaterials.

Bei den Ausführungsbeispielen besteht das Gleitlager aus einer Stahlstützschale 1 mit einer Auskleidung 2, aus einer Bleibronze mit einem Bleianteil von etwa 16 °/o bis 24 ^ Blei. Diese Auskleidung kann in einer der oben beschriebenen Weisen hergestellt sein, beispielsweise durch Aufgiessen der vorher geformten Stahlstützschale oder durch Aufgiessen auf ein Stahlband oder einer Stahlplatte und anschliessendes teFormen einer Lagerschale oder Lagerbuchse aus diesem Verbundwerkstoff. In die Bleibronzeoberfläche ist ein Kreuzgewinde 4- eingeschnitten. In den Beispielen nach Figur 1 und 3 beträgt die Tiefe des Kreuzgewindes etwa 0,10 mm bis 0,15 nun. Wie Figur 5 zeigt, bildet das Kreuzgewinde sich kreuzende Nuten 4 und dazwischen stehenden etwa rautenförmige Felder 5. Im Beispiel der Figur 2 und 4 ist das Kreuzgewinde 4 mit grösserer Tiefe ausgebildet, beispielsweise mit einer Tiefe von etwa 0,5 mm bis 0,6 mm.

In den Beispielen der Figur 3 und 4 ist die so vorbereitete Oberfläche 4,5 des härteren Lagermaterials 2 galvanisch vernickelt mit einer Schichtdicke 6 von etwa 0,001 mm bis 0,002mm.

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Auf die mit Kreuzgewinde 4 versehene und ggf. vernickelte Oberfläche des härteren Lagermaterials 2 ist eine Weissmetalllegierung 3 aufgebracht, beispielsweise ist die Weissmetallegierung 3 im Beispiel der Figur 3 eine Legierung mit 87 ^σ/> Blei, 10 ?ί> Zinn und 3 i° Kupfer, die galvanisch aufgelegt worden ist. Die Legferungsgehalte können bei Zinn und Kupfer um etwa + 2 $ schwanken. Beim Bleigehalt entsprechend etwas mehr. Im Beispiel der Figur 1 und 2 kann eine Weissmetallegierung aufgegossen sein.

Nach dem Aufbringen des weicheren Lagermaterials 3 wird die Lagerschale nochmals bearbeitet, so dass eine glatte Oberfläche entsteht. Sofern die Schmierbedingungen günstig sind, kann diese Schicht im Betrieb des Lagers über einen sehr langen Zeitraum erhalten bleiben. Im Neuzustand ist in dem Beispiel der Figur 1 und 3 über den Gewindegängen 4 eine Schichtdicke von etwa 0,13 mm bis 0,22 mm vorhanden. An den Feldern 5 beträgt die Schichtdicke des weicheren Lagermaterials 0,03 mm bis 0,07 ran.

In den Beispielen nach Figur 2 bis 4 ist bei der letzten Oberflächenbearbeitung zur Schaffung der glatten Lageroberfläche das weichere Lagermaterial 3 und im Beispiel der Figur 4 auch die Nickelschicht 6 von den Feldern 5 des härteren Lagermate-

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rials 2 abgenommen worden, so dass nur noch die Vertiefungen 4 des weicheren Lagermaterials 3 gefüllt sind. Die Dicke des weicheren Lagermaterials 3 in den Vertiefungen 4 kann dabei etwa 0,20 mm bis 0,30 mm betragen.

Es sind auch andere Ausführungen möglich, wie beispielsweise die Verwendung einer Blei-Indium-Schicht, bei der normalerweise auch die Vernickelung vor dem Anbringen der Weissmetallschicht entfällt. Ebenso ist es möglich, anstelle von Bleibronze eine Aluminiumlegierung oder eine andere Lagerlegierung in der Schicht 2 zu verwenden. Auchdie Dicke der Schichten 2,3 bzw. die Tiefe der Vertiefungen 4 können noch weitgehend variiert werden.

Wenn anstelle des in den obigen Beispielen beschriebenen Kreuzgewindes 4 Vertiefungen durch elektrolytisches Ätzen mit Hilfe von entsprechend geformten Elektroden oder Masken in der Oberfläche der Schicht 2 aus härterem Lagermaterial angebracht werden, dann lässt sich die Oberflächenstruktur noch weitgehend variieren.

Die Gleitlager gemäss der Erfindung können besonders dort Verwendung finden, wo teilweise mit Mischreibung zu rechnen ist. Dies trifft besonders bei oszillierenden Bewegungen zu, wie beispielsweise bei Kreuzkopflagerungen. Dort hat man bishsr die Verwendung von Dreistofflagern vermieden, da nach dem Ver-

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schleiss der dünnen Weissmetallschicht bei Dreistofflagern der nicht gehärtete Zapfen direkt auf der Bleibronze läuft und dadurch ein erheblicher Verschleiss einstzt. Aue diesem Grund konnten bisher nur Weissmetall-Lager als Kreuzkopflager verwendet werden. Diese Weissmetall-Lager sind jedoch sehr beschränkt in ihrer Belastbarkeit, und es kam daher immer wieder zu Ausbrüchen der Weissmetallschicht. Dadurch begrenzen bisher die Kreuzkopflager der bisherigen A_usführungsform "ütahl-V/eisnmetall" auch eine Leistungssteigerung bei Kreuzkopfrcctoren.

Die Gleitlager gemäss der Erfindung sind jedoch nicht auf die Verwendung als Kreuzkopflager beschränkt, sondern es ergibt sich eine ganze Reihe weiterer Anwendungsmöglichkeiten.

Schutzansprüche:

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Claims (8)

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   Schutzansprüche

   . Gleitlager mit inhomogener Laufschicht aus mindestens zv/ei als Lageroberfläche geeigneten, vorzugsweise legierten Werkstoffen unterschiedlicher Härte, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Lagerwerkstoff (2) an seiner der Lagerlauffläche zugewandten Seite durch verformungsfreie Bearbeitung hergestellte Vertiefungen (4) und dazwischen stehen gebliebene erhöhte Felder (5) aufweist, die frei von stellenveisen Verfestigungen und WerkstoffVeränderungen sind, und dass die Vertiefungen (4) mit dem weicheren Lagerwerkstoff (3) ausgefüllt sind.
2. 2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weichere Lagerwerkstoff (3) nur in den Vertiefungen (4) des härteren Lagerwerkstoffes (2) angeordnet ist und zusammen mit den unvertieften Oberflächenteilen (5) des härteren Lagerwerkstoffes eine Mischlagerlauffläche bildet.
3. 3. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weichere Lagerwerkstoff (3) die gesamte Oberfläche des härteren Lagerworkstoffes (2) überdeckt und die Lagerlauffläche bildet.

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4. 4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) im härteren Lagerwerkstoff (2) in Form eines durch spanabhebende Bearbeitung erzeugten Kreuzgewindes (4) grosser Steigung, beispielsweise 10° bis 50° und einer Tiefe von etwa 0,03 mm bis 0,3 mm ausgebildet ist.
5. 5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) im härteren Lagerwerkstoff (2) in geeigneter Musterung durch Atzen der Oberfläche ausgebildet sind.
6. 6. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff einen Stahlrücken (1), eine Schicht (2) aus Bleibronze, Bleizinnbronze oder Aluminiumlegierung, beispielsweise hochzinnhalte Aluminiumlegierung als härteren Lagerwerkstoff und Weissmetall als weicheren, die Vertiefungen (4) ausfüllenden Lagerwerkstoff (3) aufweist, wobei unter Weissmetall-Legierungen aus hauptsächlich Blei und bzw. oder Zinne und bzw. oder Kadmium bzw. diese Metalle auch in unlegierter Form zu verstehen sind.
7. 7. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem härteren Lagerwerkstoff (2)

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   Dipl.-I'hys. I leiiukh Soids · Patentanwalt · 62 Wiesbaden · BicrsUdter Höhe 15 · Pustfaiti 120 68 · Telefon (0 61 21) 56 53

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   und dem weicheren Lagerwerkstoff (3) eine dünne, vorzugsweise nur wenige my, beispielsweise 1 bis 2 my dicke Zwischenschicht (5), beispielsweise aus Nickel, angebracht ist.
8. 8. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der härtere Lagerwerkstoff eine Bleibronze mit einem Nickelgehalt von 1 °β> bis 10 °/o ist.