DE69519005T2

DE69519005T2 - Gleitlager

Info

Publication number: DE69519005T2
Application number: DE69519005T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Hashizume; Soji Kamiya; Yoshio Kumada
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2015-03-18
Also published as: EP0699843A4; JPH07259857A; JP2974042B2; EP0699843B1; DE69519005D1; EP0699843A1; US5632559A; WO1995025907A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager und im Speziellen ein Gleitlager, das eine Lagerlegierungsschicht, eine Zwischenschicht und eine Überzugsschicht. umfasst.

Hinterrund der Erfindung

Nach dem Stand der Technik ist ein Gleitlager bekannt, das eine Lagerlegierungsschicht mit einer Vielzahl sich den Umfang entlang erstreckender und axial beabstandeter Nuten, die um ihre innere Umfangsfläche herum ausgebildet sind, um einen sich den Umfang entlang erstreckenden Scheitel zwischen einem Paar axial benachbarter ringförmiger Nuten zu definieren, eine Zwischenschicht, mit der die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht beschichtet ist, und eine Überzugsschicht umfasst, mit der die Oberfläche der Zwischenschicht beschichtet ist, wobei die Anordnung eine solche ist, dass, wenn die Überzugsschicht und die Zwischenschicht beginnend an der Oberfläche der Überzugsschicht teilweise abgerieben werden, die Überzugsschicht und die Zwischenschicht, die in der Ausnehmung der ringförmigen Nut zurückbleiben, sowie der Scheitel der Lagerlegierungsschicht freigelegt werden (siehe die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 205.014/1985 und die entsprechende europäische Patentanmeldung Nr. EP-A-155.257).
Bei einem so konstruierten Gleitlager werden, wenn die Überzugsschicht und die Zwischenschicht von der Oberfläche der Überzugsschicht her teilweise abgerieben werden, die Überzugsschicht und die Zwischenschicht, die in der Ausnehmung der ringförmigen Nut verbleiben, sowie der Scheitel der Lagerlegierungsschicht freigelegt, wodurch verhindert wird, dass die Zwischenschicht sofort übermäßig freigelegt wird, wie es bei einem Gleitlager der Art geschieht, die nicht mit derartigen ringförmigen Nuten versehen ist, und als Ergebnis der übermäßigen Freilegung der Zwischenschicht eine beträchtliche Reduktion der Beständigkeit gegen Festfressen verursacht.
In der zitierten offengelegten japanischen Patentanmeldung wird jedoch beschrieben, dass die beabsichtigte Wirkung nur dann erzielt wird, wenn die Tiefe der ringförmigen Nut oder die Höhe des Scheitels gleich groß wie oder größer als das Eineinhalbfache der Dicke der Zwischenschicht und gleich groß wie oder größer als 5 um ist.

Offenbarung der Erfindung

Als Ergebnis verschiedener Versuche, die mit variierenden Dicken der Zwischenschicht oder variierenden Höhen des Scheitels durchgeführt wurden, ist jedoch festgestellt worden, dass selbst bei einer Scheitelhöhe von weniger als 5 um eine in Bezug auf die Affinität und Festfress-Beständigkeit hervorragende Leistungsfähigkeit des Lagers erzielt wird.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung im Wesentlichen ein Gleitlager bereit, das eine Scheitelhöhe von weniger als 5 um aufweist und das hervorragende Leistungsfähigkeit des Lagers in Bezug auf Affinität und Beständigkeit gegen Festfressen aufweist. Genauer gesagt ist gemäß einem grundlegenden Aspekt der Erfindung das Gleitlager gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale gemäß dem zweiten Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht die Dicke t außerdem der folgenden Anforderung:
t ≤ h/2 (4).
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung werden eine Affinität und Beständigkeit gegen Festfressen erzielt, die den mit einem herkömmlichen Gleitlager erreichten überlegen sind, wie durch nachstehend beschriebene Testergebnisse gezeigt wird. Wenn diese zusätzlichen Anforderungen nicht erfüllt werden, sorgt die Erfindung selbst für gute Affinität und Beständigkeit gegen Festfressen, die stabil sind, selbst wenn die hervorragende Leistungsfähigkeit im Vergleich zu der gemäß dem zweiten Aspekt erreichten geringer ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Gleitlagers gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 2 zeigt grafisch einen Bereich, in dem die Anforderungen der Erfindung erfüllt werden; und
Fig. 3 ist eine Tabelle von Testergebnissen, welche die Abriebbeständigkeit am Beginn der Anwendung der Erfindung, die Beständigkeit gegen Festfressen und die Affinität nach dem Abreiben der Überzugsschicht angeben.

Beste Art der Durchführung der Erfindung

Auf die Zeichnungen Bezug nehmend wird die Erfindung anhand einer ihrer Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Gleitlagers 1, das in halbzylindrischer oder zylindrischer Konfiguration ausgebildet ist. Das Gleitlager 1 umfasst eine Lagerlegierungsschicht 2, die auf einer (nicht dargestellten) Unterlage befestigt ist, und eine sich den Umfang entlang erstreckende spiralförmige ringförmige Nut 2a ist um die innere Umfangsfläche der Schicht 2 ausgebildet, wodurch ein sich den Umfang entlang erstreckender Scheitel 2b zwischen einem Paar axial benachbarter ringförmiger Nuten 2a definiert wird.
Die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht 2 ist mit einer Zwischenschicht 3 beschichtet, die an die Oberfläche der Legierungsschicht 2 angepasst ist, so dass sie eine unebene Oberfläche aufweist. Die Oberfläche der Zwischenschicht 3 wiederum ist mit einer Überzugsschicht 4 beschichtet. Der Zweck der Zwischenschicht 3 besteht darin, feste Haftung zwischen der Legierungsschicht 2 und der Überzugsschicht 4 zu erzielen. Bei dieser Anordnung werden, wenn die Überzugsschicht 4 und die Zwischenschicht 3 von der Oberfläche der Überzugsschicht 4 weg teilweise abgerieben werden, die Abschnitte der Überzugsschicht 4 und der Zwischenschicht 3, die in der Ausnehmung der ringförmigen Nut 2a verbleiben, sowie der Scheitel 2b der Legierungsschicht 2 freigelegt, wie durch eine Phantomlinie L angegeben.
Auf Fig. 2 Bezug nehmend werden, wenn die Höhe h des Scheitels 2b und die Dicke t der Zwischenschicht 3 in einer grafischen Darstellung auf der Abszisse bzw. der Ordinate aufgetragen werden, die Dicke t und die Höhe h in einem Bereich gewählt, der den folgenden drei Ungleichungen entspricht, wobei der Bereich durch Schraffierungslinien dargestellt wird:
1 ≤ h < 5 (1)
t ≤ 2h/3 + 1/3 (2)
t ≤ 3 (3)
wobei h und t in der Einheit um angegeben sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung entspricht die Dicke t außerdem der folgenden Anforderung:
t ≤ h/2 (4)
Es ist festzustellen, dass in der Darstellung aus Fig. 1 die in Längsrichtung und in Querrichtung verwendeten Maßstäbe stark voneinander abweichen, wobei anzumerken ist, dass die spiralförmige ringförmige Nut 2a z. B. wünschenswerterweise eine Steigung von 0,2 mm aufweist. Der in der obengenannten offengelegten japanischen Patentanmeldung empfohlene Bereich ist durch eine Fläche angegeben, die sich rechts von einer strichlierten Linie A in Fig. 2 befindet.
Die Auswirkungen der Erfindung werden auf Basis der Ergebnisse von Tests beschrieben, die bezüglich der Beständigkeit gegen Festfressen am Beginn der Verwendung des Gleitlagers, der Beständigkeit gegen Festfressen und der Affinität nach dem Abreiben der Überzugsschicht 4 durchgeführt wurden.
Auf die in Fig. 3 gezeigte Tabelle Bezug nehmend stellen die Proben 1 bis 12 Produkte gemäß vorliegender Erfindung dar, wobei die Proben 1 bis 9 außerdem der Anforderung von Ungleichung (4) entsprechen. Die Proben a bis h liegen in einem Bereich, der von der obengenannten offengelegten japanischen Patentanmeldung empfohlen wird, und die Proben I bis V liegen außerhalb beider Bereiche in der grafischen Darstellung. Jede in den Tests verwendete Probe umfasst eine Unterlage aus SPCC, auf die eine Lagerlegierungsschicht 2, die 12 Gew.-% Sn, 1,5 Gew.-% Pb, 2,8 Gew.-% Si, 1 Gew.-% Cu und 0,2 Gew.-% Cr sowie ansonsten AI umfasst, durch Druckschweißen aufgebracht ist. Eine ringförmige Nut 2a wird bis zu einer erforderlichen Tiefe mit einer Steigung von 0,2 mm in der Oberfläche der Legierungsschicht 2 ausgebildet. Daraufhin wird die Oberfläche der Legierungsschicht 2 durch Elektroplattieren mit Ni bis zu einer erforderlichen Dicke beschichtet, um die Zwischenschicht 3 auszubilden, auf die durch Elektroplattieren eine 5 um dicke Überzugsschicht 4 aufgetragen wird, die 2,5% Sn und 5% In und ansonsten Pb umfasst.
Der Test der Beständigkeit gegen Festfressen wurde unter den folgenden Testbedingungen durchgeführt:
Testvorrichtung: Vorrichtung zum Testen der Beständigkeit gegen Festfressen vom Gelenkstyp
Anzahl der Umdrehungen: 1.300 U/min
Schmieröl: 10W - 30
Öltemperatur: 140ºC
Eingriffswelle: S45C gehärtet, mit einem Durchmesser von 42 mm Lagerspiel: 20 bis 50 um
Belastungsmuster: zunächst 50 kg/cm² für 60 min. gefolgt von 100 kg/cm² für die nächsten 45 min. und daraufhin wird die Belastung mit einer Rate von 100 kg/cm² alle 45 min erhöht, bis Festfressen erfolgt.
Beim Testen der Beständigkeit gegen Festfressen nach dem Abreiben der Überzugsschicht 4 wird die Überzugsschicht 4 zunächst bis zu einer Dicke von 2 um ausgebildet, und unter der Annahme von Wärmeerzeugung durch das Lager während der tatsächlichen Verwendung wird für die Bestimmung eine Probe eingesetzt, die für 240 h auf 155 ºC überhitzt worden ist.
Während des Affinitätstests wird jede Probe am breiteren Ende einer Pleuelstange eines 4-Zylinder-Reihenmotors mit 1.600 cm³ angebracht und einem Zyklus aus einer Lehrlaufphase von 1 min und einer vollen Belastung mit 6.000 U/min von 4 min unterzogen, der über einen Zeitintervall von 5 h wiederholt wird. Nach dem Zerlegen wird die Abnutzung, der jede Probe unterliegt, durch visuelle Untersuchung nach vier Klassen, nämlich "hervorragend", "gut", "ausreichend" und "schlecht" bewertet.
Wie in der Tabelle aus Fig. 3 gezeigt, wies das Lager gemäß vorliegender Erfindung ein hervorragendes Ergebnis in Bezug auf die Beständigkeit gegen Festfressen zu Beginn der Verwendung, die Beständigkeit gegen Festfressen und die Affinität nach dem Abreiben der Überzugsschicht 4 auf. Im Gegensatz dazu wird in Hinblick auf die Vergleichsproben a bis h festgestellt, dass ein relativ gutes Ergebnis erzielt wird, wenn die Höhe des Scheitels nahe 5 um liegt, nämlich von den Proben a bis e mit einer Höhe im Bereich von 5 bis 7 um, während ein schlechtes Ergebnis festgestellt wird, wenn die Höhe des Scheitels weitaus größer als 5 um ist, nämlich bei den Proben f bis h mit einer Höhe im Bereich von 7 bis 9 um. Daraus ist zu erkennen, dass eine Höhe des Scheitels von unter 5 um erforderlich ist, um eine gute Leistungsfähigkeit zu erzielen.
Andererseits ist es vom Standpunkt der Affinität erforderlich, dass die Höhe des Scheitels gleich oder größer als 1 um ist, und es wurde festgestellt, dass die Affinität bei den Proben I bis III mit einer Höhe von unter 1 um "schlecht" ist.
Wenn die Höhe des Scheitels im erfindungsgemäßen Bereich von 1 bis 5 um gewählt wird, wird, wenn die Dicke der Zwischenschicht relativ zur Höhe des Scheitels zu dick ist, wofür die Proben IV und V Beispiele sind, die Beständigkeit gegen Festfressen beeinträchtigt, insbesondere die Beständigkeit gegen Festfressen, nachdem die Überzugsschicht 4 abgerieben wurde. Demgemäß müssen zumindest die Anforderungen, wie durch die Ungleichungen (2) und (3) angegeben, erfüllt werden, und wünschenswerterweise sollte auch die durch die Ungleichung (4) dargestellte Anforderung erfüllt werden.
Es wurde bestätigt, dass die Abriebbeständigkeit der Produkte gemäß vorliegender Erfindung eine Abriebbeständigkeit darstellt, die in der Größenordnung liegt, die um das 1,5- bis 3fache höher als jene der Vergleichsproben a bis h ist.
Neben den in den Proben verwendeten kann die gemäß vorliegender Erfindung verwendete Legierungsschicht 2 vorzugsweise Al-Legierungslagermaterial, wie z. B. Al mit 12% Sn, 1,5% Pb, 2,5% Si, 1% Cu und 0,2% Cr, oder Cu-Liegerungslagermaterial, wie z. B. Cu mit 23% Pb, 3%, Sn oder Cu, 15% Pb, 1,5% Sn oder Cu und 1% Ag, umfassen. Vorzugsweise kann die Zwischenschicht 3 Ni, Cu, Cr und Fe umfassen, das durch Nass- oder Trockenplattieren aufgebracht wird. Zusätzlich zu den oben beschriebenen umfasst die Überzugsschicht 4 vorzugsweise Pb-Legierungsmaterialien wie z. B. Pb mit 3%, Sn, 5% In oder Pb, 10%, Sn und 2% Cu, oder reines Sn oder Sn-Legierungsmaterialien. Außerdem kann ein Kunstharzmaterial verwendet werden, das Polyimid mit MoS- oder Graphitzusatz enthält.

Claims

1. Gleitlager (1), umfassend eine Lagerlegierungsschicht (2) mit einer Vielzahl sich den Umfang entlang erstreckender und axial beabstandeter ringförmiger Nuten (2a), die um ihre innere Umfangsfläche herum ausgebildet sind, um einen sich den Umfang entlang erstreckenden Scheitel (2b) zwischen einem Paar axial benachbarter ringförmiger Nuten (2a) zu definieren, eine Zwischenschicht (3), mit der die Oberfläche der Lagerlegierungsschicht (2) beschichtet ist, und eine Überzugsschicht (4), mit der die Oberfläche der Zwischenschicht (3) beschichtet ist, wobei die Anordnung eine solche ist, dass, wenn die Überzugsschicht (4) und die Zwischenschicht (3) beginnend an der Oberfläche der Überzugsschicht (4) teilweise abgerieben werden, die Überzugsschicht (4) und die Zwischenschicht (3), die in der Ausnehmung der ringförmigen Nut (2a) zurückbleiben, sowie der Scheitel (2b) der Lagerlegierungsschicht freigelegt werden; dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitel (2b) eine Höhe h aufweist und die Zwischenschicht (3) eine Dicke t aufweist, die den folgenden drei Anforderungen entsprechen:

1 ≤ h < 5 (1)

t≤ 2h/3 + 1/3 (2)

t ≤ 3 (3)

worin h und t in der Einheit um angegeben sind.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, das zusätzlich der folgenden Anforderung entspricht:

t ≤ h/2 (4)

worin h und t in der Einheit um angegeben sind.

3. Gleitlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lagerlegierungsschicht (2) ein Material umfasst, das aus der aus Lagermaterial aus Al-Legierung und Lagermaterial aus Cu-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Zwischenschicht (3) von einer Plattierung aus einem Material gebildet wird, das aus der aus Ni, Cu, Cr und Fe bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Gleitlager (1) nach Anspruch 1 bis 4, bei dem die Überzugsschicht (3) ein Material umfasst, das aus der aus Pb-Legierungsmaterial, reinem Sn, Sn-Legierungsmaterial und Kunstharzmaterial bestehenden Gruppe ausgewählt ist.