DE69937995T2 - Mehrschichtiges motorlager und verfahren zur herstellung - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein zur Verwendung in Verbrennungsmotoren vorgesehene Gleitlager und ein Verfahren zu ihrer Herstellung und insbesondere mehrschichtige Motorlager mit einer Metall-Träger- oder Stützschicht aus einer Kupfer-Blei- oder einer Aluminiumlegierung, die mit einem weicheren Lagermetall überzogen ist.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Motor-Gleitlager zur Verwendung in Hochleistungsmotoranwendungen, wie beispielsweise als Lager für Kurbel- oder Pleuelstangen-, Haupt- und Zusatz- oder Ausgleichskurbelwellen von Dieselmotoren mit hohem Drehmoment oder Hochleistungs-Benzinmotoren, weisen typischerweise ein Basisschichtelement mit einer auf einer Oberfläche einer Stahl-Stützschicht ausgebildeten Auflage aus einer Kupfer-Blei-Legierung oder einer Aluminiumlegierung auf. Die Auflage ist mit einem weicheren Lagermetall überzogen, wobei die Overlay-Schicht typischerweise aus einer einzigen Schicht aus einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung mit einer Dicke von etwa 25 μm besteht. Häufig ist eine Nickel-Diffusionsbarrierenschicht oder eine Kupfer-Haftungsschicht zwischen der Auflage und der Overlay-Schicht angeordnet. In einem Endverarbeitungsschritt wird das Lager typischerweise mit einer mikrodünnen Schicht aus einer Zinn- oder Blei-Zinn-Glanzschicht mit einer Dicke von etwa 1 μm oder weniger beschichtet. Die Glanzschicht dient primär für kosmetische oder ästhetische Zwecke und verleiht dem Produkt ein glänzendes, ansprechendes Erscheinungsbild. Sie bietet auch einen gewissen Korrosionsschutz für die Stahl-Stützschicht. Die auf die Overlay-Schicht aufgebrachte mikrodünne Glanzschicht dissipiert innerhalb der ersten wenigen Motorbetriebsstunden rasch und trägt daher nicht zu den Lagereigenschaften der Overlay-Schicht bei.
  • Im Betrieb sind derartige mehrschichtige Lager aufgrund der durch den Kolben und den Kurbel- oder Pleuelstangenmechanismus und durch das Zylindergas ausgeübten Trägheitskräfte dynamischen Belastungen mit sich ändernder Größe und Richtung ausgesetzt. Durch die weichere Overlay-Schicht wird ermöglicht, dass die Lagerfläche sich unter Hochlastkräften kontinuierlich ändert und jeglichen Fehlausrichtungen oder Änderungen des Profils oder der Belastung des gelagerten Elements anpasst, so dass die Lasten über eine größere Oberfläche des Lagers verteilt werden. Diese Eigenschaft ist allgemein als "Anpassungsfähigkeit" (Conformability) bekannt. Durch die Overlay-Schicht wird außerdem ermöglicht, dass jegliche Fremdpartikel aus Staub bzw. Schmutz oder Metall, die zwischen die Lageroberfläche und das dadurch gelagerte Element geraten können, in die Lagerfläche eingebettet oder durch die Lagerfläche absorbiert werden, um das Lager und den Lagerzapfen oder die Lauffläche vor übermäßigem Verschleiß oder Beschädigungen zu schützen. Diese Eigenschaft ist als "Einbettungsfähigkeit" (Embedibility) bekannt.
  • Es ist allgemein anerkannt, dass die Anpassungsfähigkeit und die Einbettungsfähigkeit von der Dicke der Overlay-Schicht abhängig sind, wobei eine dickere Overlay-Schicht bevorzugt ist. Es ist außerdem bekannt, dass, wenn die Dicke der Overlay-Schicht zunimmt, die Anfälligkeit für Lagerermüdung (d. h. die Bruch- oder Rissbildung der Lageroberfläche unter Lastbedingungen) ebenfalls zunimmt. Die Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdungsrisse erfordert, dass die Lageroberfläche eine ausreichende Zerreiß- oder Zugfestigkeit aufweist, so dass sie kleine Konfigurationsänderungen erfahren kann, ohne dass Rißbildung auftritt. Daher müssen die konkurrierenden Eigenschaften der Anpassungsfähigkeit/Einbettungsfähigkeit einerseits und der Dauerfestigkeit bzw. des Ermüdungswiderstands andererseits bei der Konstruktion eines Motorlagers miteinander ins Gleichgewicht gebracht werden, insbesondere bei einem Motorlager, das einer hohen dynamischen Belastung ausgesetzt ist.
  • Für viele Hochlast- oder Hochleistungs-Motoranwendungen hat sich gezeigt, dass durch die vorstehend beschriebene, aus einer einzelnen Lage bestehende 25 μm dicke Blei-Zinn-Overlay-Schicht eine ausgezeichnete Anpassungsfähigkeit, eine ausgezeichnete Einbettungsfähigkeit und ein guter Ermüdungswiderstand bereitgestellt werden. Mit der kontinuierlichen Erhöhung des Ausgangsdrehmoments und der Effizienz von Motoren nehmen jedoch auch die auf die Kurbelwellenlager ausgeübten dynamischen Belastungen zu, wodurch die Wahrscheinlichkeit für Lagerermüdung zunimmt. Es hat sich gezeigt, dass unter extremen Lastbedingungen die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Lager, die eine aus einer einzelnen Lage bestehende Overlay-Schicht aus Blei-Zinn-Kupfer aufweisen, für Ermüdungserscheinungen anfällig sind. Bis heute sind Versuche zum Reduzieren der Ermüdungserscheinungen durch Vermindern der Dicke der Blei-Zinn-Kupfer-Overlay-Schicht auf weniger als 25 μm, während gleichzeitig eine geeignete Anpassungsfähigkeit und eine geeignete Einbettungsfähigkeit aufrechterhalten bleiben, im Wesentlichen erfolglos geblieben.
  • Daher besteht in der Industrie ein Bedarf für ein verbessertes Gleitlager, das unter derart extrem hohen dynamischen Lastbedingungen geeignet funktioniert, ohne Ermüdungserscheinungen zu zeigen, während es gleichzeitig eine gute Anpassungsfähigkeit und eine gute Einbettungsfähigkeit aufweist.
  • In der DE-A1-4103116 ist eine Gleitschicht für ein Gleitlager beschrieben, die aus einer binären oder ternären Legierung aus mindestens zwei verschiedenen Elementen besteht, von denen eines aus den Elementen Kupfer, Blei, Zinn, Antimon, Indium und Thallium ausgewählt wird, und das andere ein weiches Metall, wie beispielsweise Zinn, ist. Insbesondere weist das Gleitlager eine zinnreiche Gleitschicht aus einer ternären Legierung auf, die eine mittlere Zusammensetzung aus 4% bis 6% Kupfer, 12% bis 17% Zinn und Blei (PbSn17Cu5,5) als übrige Komponente aufweist. Die Dicke der Gleitschicht beträgt 10 μm bis 25 μm.
  • Das weiche Metall, z. B. Zinn, ist in der gesamten Gleitschicht in einer Konzentration enthalten, deren Diffusionsgradient von der Oberfläche der Gleitschicht senkrecht zur Oberfläche abnimmt. Dieser Diffusionsgradient wird durch eine Wärmebehandlung eingestellt.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß weist ein mehrschichtiges Motorlager ein Basisschichtelement mit einem starren Metall-Stützmaterial und einer auf dem Stützmaterial aufgebrachten Overlay-Schicht aus Lagermetall auf, wobei eine auf dem Basisschichtelement ausgebildete mehrlagige Overlay-Schicht eine Unterlagsschicht aus einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 10 μm und eine funktionelle Überzugsschicht aus Zinn mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 5 μm aufweist.
  • Ein derartiges Lager ist dazu geeignet, extrem hohen dynamischen Lastbedingungen zu widerstehen, ohne Ermüdungserscheinungen zu zeigen, während es eine gute Anpassungsfähigkeit und eine gute Einbettungsfähigkeit aufweist. In Vergleichstests unter extrem hohen dynamischen Lastbedingungen zeigten erfindungsgemäße Lager mit der charakteristischen mehrlagigen Overlay-Schicht keine beobachtbaren Anzeichen von Ermüdungsrissen, während herkömmliche Lager, auf denen die herkömmliche 25 μm dicke einlagige Blei-Zinn-Kupfer-Overlay-Schicht ausgebildet war, übermäßige Ermüdungsrissbildung zeigte.
  • Anders als bei der in herkömmlichen Motorlagern verwendeten mikrodünnen Glanzschicht ist die erfindungsgemäße Zinn-Overlay-Schicht absichtlich dicker ausgebildet, so dass sie im Betrieb auf der Blei-Zinn-Kupfer-Unterlagsschicht in Position verbleibt und zu den Lagereigenschaften der Overlay-Schicht beiträgt. Die Eigenschaften der Unterlagsschicht und der Überzugsschicht ergänzen sich gegenseitig derart, dass sie unter extrem hohen dynamischen Lastbedingungen in Kombination die gewünschten ermüdungsfreien Lageroberflächeneigenschaften bereitstellen, während die Anpassungsfähigkeit und die Einbettungsfähigkeit erhalten bleiben.
  • Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Motorlagers bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Herstellen eines Basisschichtelements durch Ausbilden einer Lagermetallschicht auf einer starren Stützschicht und Ausbilden einer mehrlagigen Overlay-Schicht auf dem Basisschichtelement mit den Schritten zum Ausbilden einer Unterlagsschicht aus einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 10 μm und Ausbilden einer Überzugsschicht aus Zinn mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 5 μm. Gemäß den oben dargestellten Aspekten der Erfindung werden jeweils die gleichen Vorteile gegenüber dem vorstehend diskutierten Stand der Technik erzielt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Diese und andere Vorteile und Merkmale werden unter Bezug auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ausführlich verdeutlicht; es zeigen:
  • 1 eine Teil-Querschnittansicht eines Verbrennungsmotors mit einem drehbaren Element, das in der Figur durch ein Lager gehalten wird, das gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist;
  • 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lagers;
  • 3 eine Teil-Querschnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2; und
  • 4 einen Graphen zum Darstellen des Ermüdungsverhaltens als Funktion der Übermetallisierungsdicke für Lager mit verschiedenen Übermetallisierungen.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Figuren ausführlich beschrieben. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines allgemein durch das Bezugszeichen 10 dargestellten Verbrennungsmotors mit einem Motorblock 12, in dem mehrere Kolbenzylinder 14 ausgebildet sind (von denen nur einer dargestellt ist), in denen Kolben 16 hin- und hergehend beweglich angeordnet sind. Jeder Kolben 16 ist durch einen Kolbenbolzen oder -zapfen mit einem oberen Ende einer zugeordneten Kolben- oder Pleuelstange 18 verbunden. Jede Kolbenstange 18 ist an einem gegenüberliegenden unteren Ende 22 davon antriebsmäßig mit einer Kurbelwelle 24 verbunden. Ein erfindungsgemäß konstruiertes mehrschichtiges Gleitlager 26 ist zwischen jeder Kolbenstange 18 und der Kurbelwelle 24 angeordnet, um Gleitverbindungen zwischen den Kolbenstangen 18 und der Kurbelwelle 24 herzustellen.
  • Jedes Lager 26 weist eine obere Hälfte 28 und eine untere Hälfte 30 auf, die dazu geeignet sind, auf herkömmliche Weise in oberen bzw. unteren Lagersitzflächen 32, 34 der Kolbenstange 18 angeordnet zu werden, um gemeinsam die Kurbelwelle 24 zu umschließen. Außerdem können mehrschichtige Lager 26 des gleichen Typs (d. h. nicht dargestellte Hauptlager) auf herkömmliche Weise im Block 12 in der Nähe der Enden der Kurbelwelle 24 angeordnet sein, und in vielen Motoranwendungen auch an beabstandeten Positionen entlang der Länge der Kurbelwelle 24 zwischen benachbarten Zylindern 14, um eine Dreh- oder Gleitlagerhalterung für die Kurbelwelle 24 für eine Drehbewegung um ihre Achse bezüglich des Blocks 12 bereitzustellen. Für erfindungsgemäße Zwecke können derartige mehrschichtige Lager 26 allgemein als Dreh- oder Gleitlager und im dargestellten Beispiel als Kubelwellenlager bezeichnet werden, die als Kurbelstangenlager, Hauptlager und für andere Anwendungen verwendet werden können, in denen hohe dynamische Belastungen auftreten und in denen ein mehrschichtiges Gleitlager zum drehbaren Halten einer Komponente eines Arbeitssystems verwendet wird. Der Ausdruck mehrschichtiges Lager soll auch mehrschichtige Laufbuchsen beinhalten.
  • Gemäß den 2 und 3 weist das erfindungsgemäße Lager 26 ein starres Metall-Stützmaterial 36 und eine auf dem Stützmaterial ausgebildete Auflage 38 aus einem metallischen Lagermaterial auf, wodurch ein gemeinsames Basisschichtelement 40 bereitgestellt wird, das den Unterbau des Lagers 26 bildet. Das Stützmaterial 36 weist vorzugsweise einen bogenförmigen, halbkreisförmigen Stahlstreifen auf und hat eine konvexe Außenfläche 41, die dazu geeignet ist, in einer entsprechenden konkaven Stützstruktur angeordnet zu werden, und eine gegenüberliegende konkave Innenfläche 42. Die Auflage 38 kann entweder aus einer Kupfer-Blei-Legierung oder aus einer Aluminiumlegierung mit herkömmlichen Zusammensetzungen hergestellt sein, die gemäß bekannten Verfahren auf der Innenfläche 42 des Stützmaterials 36 aufgegossen oder andersartig ausgebildet werden kann. Das Basisschichtelement 40 kann außerdem eine dünne Barriereschicht oder einen Barrierefilm 44 (mit einer Dicke von etwa 1–2 μm) aus Nickel oder Kupfer aufweisen, die/der gemäß herkömmlichen Verfahren galvanisch auf die Auflage 38 aufgebracht werden kann, um als Migrationsbarriere oder als Haftungsschicht für die nachstehend beschriebene Overlay-Schicht zu dienen.
  • Die vorstehend beschriebene Konstruktion des Basisschichtelements 40 ist herkömmlich. Die vorliegende Erfindung weicht von der herkömmlichen Praxis dahingehend ab, dass nach der Herstellung des Basisschichtelements 40 eine mehrlagige Overlay-Schicht 46 mit einer kombinierten Dicke von etwa 15 μm auf dem Basisschichtelement 40 ausgebildet wird. Die Overlay-Schicht eines herkömmlichen Hochlast- oder Hochleistungs-Motorlagers besteht dagegen typischerweise aus einer einzelnen Lage aus einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung mit einer Dicke von etwa 25 μm.
  • Wie in 3 verdeutlicht ist, weist die erfindungsgemäße mehrlagige Overlay-Schicht 46 eine Unterlagsschicht 48 aus Blei-Zinn-Kupfer und eine Überzugsschicht 50 aus Zinn auf. Die Unterlagsschicht 48 wird vorzugsweise aus dem gleichen Blei-Zinn-Kupfer-Legierungsmaterial hergestellt, das für die herkömmlichen einlagigen Overlay-Schichten verwendet wird, sie hat jedoch eine etwa 10 μm geringere Dicke. Die Unterlagsschicht 48 kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren durch Galvanisieren oder Elektrodeposition auf die Schicht 44 aufgebracht werden. Eine bevorzugte Zusammensetzung der Blei-Zinn-Kupfer-Unterlagsschicht 48 (in Gew.-%) weist 10% Zinn, 2% Kupfer und Blei als übriges Material auf, obwohl andere herkömmlich zum Beschichten von Lagern verwendete Blei-Zinn-Kupfer-Legierungen verwendet werden können, bei denen der Zinnanteil typischerweise 8–16 Gew.-% und der Kupferanteil typischerweise 0–10 Gew.-% beträgt und der Rest aus Blei besteht.
  • Die Überzugsschicht 50 aus Zinn besteht vorzugsweise aus reinem Zinn, das durch Elektrodeposition in einer Dicke von etwa 5 μm auf die Unterlagsschicht 46 aufgebracht wird, um eine kombinierte Overlay-Schichtdicke von etwa 15 μm zu erhalten. Die Zinn-Überzugsschicht 50 kann unter Verwendung einer herkömmlichen Zinnmetallisierungs- oder -galvanisierungsvorrichtung ausgebildet werden. Vorzugsweise wird die Zinn-Überzugsschicht 50 von einer Fluorborat-Elektrolytlösung bei einer Stromdichte von mehr als 20 A/ft2 (220 A/m2) und vorzugsweise mehr als 50 A/ft2 (540 A/m2) aufgebracht. Ergebnisse, die mit den im Graph von 4 für erfindungsgemäße Lager 26 dargestellten Ergebnissen konsistent sind, wurden durch Galvanisieren der Zinn-Überzugsschicht 50 von einem Zinn-Fluorborat-Elektrolytbad bei einer Stromdichte von etwa 75 A/ft2 (310 A/m2) erzielt.
  • Gemäß einem Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Lagers 26 wird das Basisschichtelement 40 gemäß einem herkömmlichen Verfahren durch Verbinden der Metallauflage 38 mit der Innenfläche 42 des Stützmaterials 36 und anschließendes Metallisieren der Auflage 38 mit der Barriereschicht 44 in Vorbereitung für die Aufnahme der mehrlagigen Overlay-Schichtstruktur 46 ausgebildet. Die Overlay-Schicht 46 wird zunächst durch Elektrodeposition der Blei-Zinn-Kupfer-Unterlagsschicht auf die Barriereschicht 44 in einer Dicke von etwa 10 μm und anschließend durch Elektrodeposition der Zinn-Überzugsschicht 50 auf die Unterlagsschicht 48 in einer Dicke von etwa 5 μm aufgebracht. In einem Endschritt wird die Lageroberfläche 41 mit einer dünnen Zinn-Glanzschicht 52 mit einer Dicke von etwa 1 μm oder weniger beschichtet. Es kann auch eine Blei-Zinn-Glanzschicht verwendet werden. Die Glanzschicht 52 bedeckt die freiliegende Außenfläche 41 und die Seiten des Stahl-Stützmaterials 36, um das Stützmaterial 36 vor Korrosion zu schützen, und verleiht dem Lager 26 ein glänzendes, attraktives Erscheinungsbild, durch das die erfindungsgemäße Zinn-Überzugsschicht 50 vorteilhaft ein gleichmäßiges Erscheinungsbild erhält.
  • Erfindungsgemäß hergestellte Lager 26 wurden unter Bedingungen gestestet, die für Betriebsumgebungen mit extrem hohen dynamischen Belastungen in einer Motoranwendung repräsentativ sind. Andere Lager wurden für Vergleichszwecke unter den gleichen Bedingungen getestet, und die Ergebnisse sind in 4 dargestellt. Die Lager hatten alle die gleiche Basisschichtstruktur und unterschieden sich nur hinsichtlich der Zusammensetzung und der Dicke ihrer Overlay-Schichten. B-1 stellt die erfindungsgemäßen Lager 26 mit einer 15 μm dicken mehrlagigen Overlay-Schicht 46 dar. B-2 stellt herkömmliche Motorlager mit einer 25 μm dicken einlagigen Overlay-Schicht aus einer herkömmlichen Blei-Zinn-Kupfer-Legierung (d. h. PbSn10Cu2) dar. B-3 stellt ein dem Lager B-2 ähnliches Motorlager dar, das jedoch nur eine 15 μm dicke Overlay-Schicht aufweist. Schließlich stellt B-4 ein Motorlager mit einer 15 μm dicken Overlay-Schicht aus reinem Zinn dar.
  • Die verwendete Prüfvorrichtung war ein Schwerlast- oder Hochleistungs-Dieselmotor (d. h. 7,2 Liter l6 275 HP) als Beispiel des in 1 durch das Bezugszeichen 10 dargestellten Motors, der mit einem Dynamometer verbunden war. Die geprüften Lager waren Kurbelstangenlager und waren jeweils auf herkömmliche Weise zwischen den Kurbelstangen und der Kurbelwelle im Motor installiert. Der Motor wurde unter einer auf die Lager ausgeübten Einheitslast von etwa 70 MPa (tatsächlich 68,6 Mpa) betrieben. Die Dauer jedes Tests betrug etwa 75 Stunden, was etwa 4,95 × 106 Lastzyklen entspricht, die auf die Lager ausgeübt wurden.
  • Wie anhand der in 4 dargestellten Ergebnisse ersichtlich ist, sind die erfindungsgemäßen Lager B-1 leistungsfähiger als die herkömmlichen Lager B-2. Bei einer näheren Sichtprüfung im Anschluss an den Test zeigte die Oberfläche der Lager B-1 keine sichtbaren Anzeichen für Ermüdungsrisse, wohingegen etwa 30% der Lageroberfläche der Lager B-1 Ermüdungsrisse zeigten.
  • Für Vergleichszwecke wurden Lager B-3 hergestellt und geprüft, wobei diese Lager ein verbessertes Ermüdungsverhaltens zeigten (etwa 15% der Oberfläche zeigte Ermüdungserscheinungen), was hinsichtlich der von 25 μm auf 15 μm verminderten Dicke der Overlay-Schicht zu erwarten war. Überraschenderweise waren jedoch die Lager B-1 mit einer 15 μm dicken Overlay-Schicht weitaus leistungsfähiger als die Lager B-3, wodurch demonstriert wird, dass die durch die Lager B-1 erzielten Ergebnisse nicht nur auf der Dicke der Overlay-Schicht basieren.
  • Außerdem wurden die Lager B-4 hergestellt, geprüft und die Testergebnisse mit den Ergebnissen für die Lager B-1 verglichen, wobei die Lager B-4, ähnlich wie die Lager B-3, Ermüdungsrisse zeigten (etwa 10% der Oberfläche zeigte Ermüdungserscheinungen), d. h. weitaus mehr als die Lager B-1 mit der mehrlagigen Overlay-Schicht 46 der gleichen Dicke. Die Ergebnisse zeigen daher, dass das ermüdungsfreie Verhalten der erfindungsgemäßen Lager B-1 der besonderen Kombination aus den verwendeten Materialien der Overlay-Schicht und ihrer relativen Dicke zuzuschreiben ist.
  • Außerdem zeigte sich überraschenderweise, dass die erheblichen Verbesserungen des Ermüdungswiderstands der erfindungsgemäßen Lager B-1 erzielt wurden, ohne dass Kompromisse bei anderen wichtigen Eigenschaften der Motorlager gemacht werden müssen, d. h. bezüglich der Anpassungsfähigkeit, der Einbettungsfähigkeit, der Verschleißfestigkeit und der Fressbeständigkeit bzw. des Fresswiderstands. Es zeigte sich, dass alle Eigenschaften und Kenngrößen innerhalb zulässiger Grenzwerte lagen, einschließlich der Anpassungsfähigkeit und der Einbettungsfähigkeit.
  • Die Erfindung wurde vorstehend zur Erläuterung unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben, wobei die verwendeten Ausdrücke lediglich zur Erläuterung dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen. Beispielsweise soll die Dicke für die Schichten 48, 50 der mehrlagigen Overlay-Schicht 46 als nominelle oder mittlere Dicke innerhalb normaler Herstellungsgrenzen aufgefasst werden, wobei in einigen Fällen die Overlay-Schicht 46 in einigen Bereichen des Lagers 46 dicker und in anderen dünner ausgebildet sein kann.
  • Bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen und Änderungen möglich. Innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, in denen in Klammern gesetzte Bezugszeichen lediglich zur Vereinfachung dienen und nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden sollen, ist die Erfindung auf von der vorstehenden Beschreibung verschiedene Weisen implementierbar.

Claims (16)

  1. Mehrschichtiges Gleitlager mit: einem Basisschichtelement (40) mit einem starren Metall-Stützmaterial (36) und einer auf dem Stützmaterial (36) aufgebrachten Auflage (38) aus einem Lagermetall; wobei eine auf dem Basisschichtelement (40) ausgebildete mehrlagige Overlay-Schicht (46) eine Unterlagsschicht (48) aus einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 10 μm und eine funktionelle Überzugsschicht (50) aus Zinn mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 5 μm aufweist.
  2. Lager nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Zinn-Überzugsschicht (50) im Wesentlichen reines Zinn enthält.
  3. Lager nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Zinn-Überzugsschicht (50) eine durch Elektrodeposition aufgebrachte Zinnschicht (50) ist, die von einer Fluorborat-Elektrolytlösung bei einer Stromdichte von mehr als etwa 20 A/ft2 (220 A/m2) aufgebracht wird.
  4. Lager nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Zinn-Überzugsschicht (50) eine durch Elektrodeposition aufgebrachte Zinnschicht (50) ist, die von einer Fluorborat-Elektrolytlösung bei einer Stromdichte von etwa 75 A/ft2 (810 A/m2) aufgebracht wird.
  5. Lager nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Blei-Zinn-Kupfer-Legierung der Unterlagsschicht (48) etwa 8– 16 Gew.-% Zinn, 0–10 Gew.-% Kupfer und Blei als übriges Material aufweist.
  6. Lager nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Blei-Zinn-Kupfer-Legierung der Unterlagsschicht (48) etwa 10 Gew.-% Zinn, 2 Gew.-% Kupfer und Blei als übriges Material aufweist.
  7. Lager nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Auflage (38) aus Materialien ausgewählt wird, die im Wesentlichen aus Kupfer-Blei-Legierungen und Aluminiumlegierungen bestehen.
  8. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisschichtelement (36) eine zwischen der Auflage (38) und der Overlay-Schicht (46) angeordnete Metallschicht (44) aufweist.
  9. Lager nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Metallschicht (44) aus Materialen ausgewählt wird, die im Wesentlichen Nickel und Kupfer aufweisen.
  10. Lager nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Lager eine Glanzschicht (52) mit einer vorgegebenen Dicke aufweist, die wesentlich kleiner ist als diejenige der Overlay-Schicht (50), die mindestens auf dem Stützmaterial (36) des Lagers aufgebracht ist.
  11. Lager nach Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Stützmaterial ein Stahl-Stützmaterial (36) ist, das Lagermetall der Auflage (38) ein Kupfer-Blei-Lagermetall ist, und eine Diffusionsbarrierenschicht (44) aus Nickel auf der Auflage (38) ausgebildet ist.
  12. Verbrennungsmotoreinheit mit: mindestens einer drehbaren Komponente (24); und mindestens einem mehrschichtigen Gleitlager (26) nach Anspruch 1 zum drehbaren Halten der drehbaren Komponente (24).
  13. Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Motorgleitlagers mit den Schritten: Herstellen eines Basisschichtelements (40) mit den Schritten zum Ausbilden eines starren Metall-Stützmaterials (36) und Ausbilden einer Auflage (38) aus einem Metall-Lagermaterial auf dem Stützmaterial (36); und Ausbilden einer mehrlagigen Overlay-Schicht (46) auf dem Basisschichtelement (40) mit den Schritten zum Ausbilden einer Unterlagsschicht (48) aus einer Blei-Zinn-Kupfer-Legierung mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 10 μm und Ausbilden einer funktionellen Überzugsschicht (50) aus Zinn mit einer vorgegebenen Dicke von etwa 5 μm auf der Unterlagsschicht (48).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch den Schritt zum Ausbilden der Zinn-Überzugsschicht (50) durch Elektrodeposition der Überzugsschicht (50) von einem Fluorborat-Elektrolytbad bei einer Stromdichte von mehr als etwa 20 A/ft2 (220 A/m2).
  15. Verfahren nach Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch den Schritt zum Ausbilden der Zinn-Überzugsschicht (50) durch Elektrodeposition der Überzugsschicht (50) von einem Fluorborat-Elektrolytbad bei einer Stromdichte von etwa 75 A/ft2 (810 A/m2).
  16. Verfahren nach Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch den Schritt zum Ausbilden einer Glanzschicht (52) mit einer vorgegebenen Dicke, die wesentlich kleiner ist als diejenige der Auflage (50), mindestens auf der Metall-Stützschicht (36).
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