DE8206353U1

DE8206353U1 - Gleitlagerschale mit gleitschicht aus weissmetall-legierung auf zinn-basis

Info

Publication number: DE8206353U1
Application number: DE19828206353U
Authority: DE
Original assignee: Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority date: 1982-03-06
Filing date: 1982-03-06
Publication date: 1983-05-05

Description

tilt

Dipl.-Phys. Heinrich Seide ■ Patentanwalt - Blerstadter Höhe 15 · Postfach S105 · 6200 Wiesbaden 1 · ® (0 61 21) 56 20

Im Verbrennungsmotorenbau werden bevorzugt Gleitlagerschaler in Form von Dreistofflagern eingesetzt. Sie bestehen aus einer Stahlstützschale, einer Tragschicht, z.B. einer Bleibronze- oder Aluminiumlegierung, eventuell einer Bindungs- bzw. Sperrschicht und darüber einer Gleitschicht aus einer Blei- oder Zinn-Legierung. Es ist bekannt, solche Gleitschichten durch Gießen oder galvanisch herzustellen. Bei Gleitlagern für Großmotoren finden häufig gegossene Zinnlegierungen in der Gleitschicht Anwendung, während man bei Gleitlagern für kleinere und schnell laufende Motoren galvanisch hergestellte Gleitschichten aus Bleilegierungen bevorzugt.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß bei sehr hohen Öltemperaturen Blei-Legierungen gegenüber Zinn-Legierungen überlegen sind, zumindest in ihrem Ermüdungs- und Verschleiß verhalten. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Lebenserwartungen für Gleitlager in kleinen Motoren entsprechend geringer sind als in größeren Motoren.

Im Zuge der Energieeinsparung werden zunehmend Motoren höher belastet und gleichzeitig schlechtere Brennstoffe verwendet. Die höhere Belastung hat entsprechend höhere Öltemperaturen und Lagerbelastungen zur Folge. Zunehmend treten daher bei Gleitschichten aus Blei-Legierungen korrosive Verschleißerscheinungen auf, die die Lebensdauer der Motoren stark begrenzen. Andererseits brachten die bisher verwendeten Zinn-Lagerlegierungen, die zwar gegen Korrosion sehr widerstandsfähig sind, kein zufriedenstellendes Ergebnis in Bezug auf das Ermüdungs- und Verschleißverhalten.

Bekannt ist es ferner, diese technisch hergestellte Zinn-Lagermetalle mit Antimon, Kupfer und teilweise Arsen, Kadmiu und Nickel zu verwenden. Dagegen ist für galvanische Herstellung der Gleitschicht in Gleitlagern bekannt, Legierunge aus Zinn mit 3 Gew.-Ss Kupfer zu verwenden.

I : I I I · I · · ■ ·

Il Il t · I ·

til II·· ·

I If ■

Dipl.-Phys. Heinrich Seids . Patentanwalt · Bierstadter Höhe IS · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 ■ ®" (0 61 21) 56 20

-A-

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Gleitlagerschalen mit solchen Gleitschichten auszustatten, die einerseits zumindest ebenso gutes Ermüdungs- und Verschleißverhalte"', aufweisen wie die bekannten Gleitschichten aus Weißmetall-Legierung auf Blei-Basis und andererseits mindestens ebenso gutes Korrosionsverhalten wie die bekannten Gleitschichten aus Weißmetall-Lagerlegierung auf Zinn-Basis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleitschicht eine galvanische Schicht aus einer Weißmetall-Lagerlegierung auf Zinn-Basis mit Gehalten an 2 bis 18 Gew.-% Antimon, 0 bis maximal 0,6 Gew.-% Arsen, 0 bis maximal 0,5 Gew.-Si Nickel, O bis maximal 1,5 Gew.-% Kadmium und 0 bis maximal 2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew„-%, Kupfer ist.

Ib Während nach der bisherigen Meinung durch die Zugabe von anderen Legierungsbestandteilen, wobei immer Kupfer mit enthalten war, eine Steigerung sowohl der Ermüdungsfestigkeit als auch der Verschleißfestigkeit erzielt wird, konnte durch Versuche festgestellt werden, daß zumindest bei erhöhten Öltemperaturen Kupfer einen schädlichen Einfluß auf die Dauerfestigkeit solcher Gleitschichten hat. Bei sehr hohen Schmiermitteltemperaturen sind im Kurzzeitversuch zwar Blei-Legierungen den Zinn-Legierungen überlegen, jedoch ergibt sich eine Umkehr bei Langzeitversuchen und insbesondere bei etwas niedrigeren Temperaturen. Mit kupferarmen Zinn-Legierungen konnten überraschenderweise gerade bei erhöhten Temperaturen die besten Ergebnisse erzielt werden. Dies steht in Widerspruch zu dem bisherigen Stand der Technik und dem bisherigen Erkenntnisstand.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung w:\rd im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Gleitlagerschale zeigt.

11 It ■ · · I 9 ■

lit ti ·

t I t ■ · ·

) t I ■ ·

I Il ·

Dipl.-Phys. Heinrich Seids . Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 ■ 6200 Wiesbaden 1 · ® (0 6121) 56 20 22

Diva Grundlagen der Erfindung werden im folgenden an Versuchsergebnissen mit einer beispielsweisen Ausführungsform im Vergleich zu zwei herkömmlichen Legierungstypen erläutert:

10

15

20

²⁵

	Zusammensetzung in Gew.-% Cu Sb Sn
erfindungsgem. Legierung Nr. I	0 6 94
herkömmliche Legierung Nr. II Nr. III	3 0 97 3 8 89

Bei der gewählten und in Figur 2 wiedergegebenen Ausführungsform der Lagerschale wurde die Gleitschicht 4 mit einer Dicke von 20 um galvanisch auf eine Verbund-Lagerschale mit Stahlstützschale 1, Tragschicht 2 aus Bleibronze und Nickel-Sperrschicht 3 aufgebracht. Das Ermüdungsverhalten (Borkenkäferbeginn) und der Gleitschichtverschleiß wurden auf einer Lagerprüfmaschine nach dem System Underwood mit einer Lagertemperatur von 13O°C als Funktion der spezifischen Lagerbelastung und der Anzahl der Lastzyklen untersucht. Die Ermüdungsgrenze für die drei aufgeführten Legierungen wurde wie folgt gefunden:

2 Legierung I (Erfindung): anfänglich bei etwa 75 N/mm Lager-

O 2

belastung und nach 10 Lastzyklen bei etwa 50 N/mm Lagerbelastung.

Legierung II (herkömmlich): anfänglich bei etwa 70 N/mm

8 2

Lagerbelastung und nach 10 Lastzyklen bei etwa 38 N/mm Lagerbelastung.

2 Legierung ill (herkömmlich): anfänglich bei etwa 47 N/mm

ρ 2

und nach 10 Lastzyklen bei etwa 20 N/mm Lagerbelastung. Der mittlere Lagerverschleiß nach 5 χ 10 Lastzyklen bei

Dipl.-Phys. Heinrich Seids . Patentanwalt . Bierstadter Höhe IS · Postfach SlOS · 6200 Wiesbaden 1 · $? (06121) 56 20

der Ermüdungsgrenzbelastung war wie folgt: Legierung I: 3 um
Legierung II: 4 um
Legierung III: 4 um

Es zeigt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Lagerschale die Ermüdungsgrenze über den Vierten für die herkömmlichen Lagerschalen liegt, wobei überraschenderweise auch noch ein günstigeres Verschleißverhalten festgestellt wurde. Gleichzeitig zeigten die Versuchsergebnisse, daß der Abfall der Ermüdungsfestigkeit mit zunehmender Anzahl der Lastzyklen bei der erfindungsgemäßen Legierung deutlich geringer ist als bei herkömmlichen Legierungstypen. Dies läßt bei einem Langzeiteinsatz in Großmotoren, wo Lastzyklenzahlen von 10 und mehr üblich sind, deutliche Verbesserungen gegenüber dem derzeitigen Stand erwarten.

Überraschenderweise hat sich der geschilderte Effekt bevorzugt bei Legierungen mit weniger als 0,5 Gew.-% Kupferkonzentration eingestellt. Er tritt bevorzugt an galvanisch niedergeschlagenen Gleitschichten mit 3 bis 9 Gew.-% Antimon, Rest Zinn auf.

Der wirtschaftliche Nutzen ergibt sich aus der verlängerten Einsatzdauer von Lagern mit der erfindungsgemäßen Gleitschicht gegenüber Lagern mit bekannten Gleitschichter legierungen.

Die galvanische Herstellung der Gleitschicht aus Weißmetall-Gleitlagerlegierung auf Zinn-Basis läßt sich durch kathodisshe Elektrolyse in einem wässrigen Bad bei Raumtemperatur erzeugen. In diesem Bad sind im wesentlichen Fluoroborate der gewünschten Legierungsbestandteile gelöst.

Claims

PATENTANWALT DIPL-PHYS. HEINRICH SEIDS 6200 Wiesbaden 1 · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · Telefon (o 6121) 56 20 22 Postscheck Frankfurt/Main 1810 08 - 602 · Bank Deutsche Bank 306 571 · Nass. Sparkasse 120 040 995 G 82 06 353.2 Wiesbaden, den 17. Februar 1983 G 543.1 VNR IO 7565 S/we GIyco-Metall-Werke Daelen & Loos GmbH Stielstreße .11 6 2OO Wiesbaden Gleitlagerschale mit Gleitschicht aus Weißmetall-Legierung auf Zinn-Basis Schutzansprüche

1.) Gleitlg<-terschale, insbesondere für Verbrennungsmotore, bestehend aus einer Stahlstützschale, einer Tragschicht, eventuell einer oder mehreren Bindungs- und/oder Sperrschichten sowie einer Gleitschicht aus Weißmetall-Lagerlegierung auf Zinn-Basis mit 0 bis maximal 2 Gew.-55 Kupfergehalt,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Gleitschicht (4) eine galvanische Schicht aus einer Weißmetall-Lagerlegierung auf Zinn-Basis mit Gehalten an 2 bis 18 Gew.-55 Antimon, 0 bis maximal 0,6 Gew.-% Arsen, 0 bis maximal 0,5 Gew.-% Nickel, 0 bis maximal 1,5 Gew.-% Kadmium und 0 bis maximal 2 Gew.-&, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.-55, Kupfer ist.

2.) Gleitlagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (4) eine Dicke von 0,01 bis 0,1 mm aufweist.

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt ■ Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 ■ 6200 Wiesbaden 1 ■ <S (0 6121) P6 20 22

3.) Gleitlagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (4) in ihrer Weißmetall-Lagerlegierung zusätzlich eines oder mehrere Elemente der Gruppe Beryllium, Chrom, Tellur, Kobalt, Mangan, Wismuth, Wolfram enthält, wobei der Gesamtgehalt dieser Gruppe von Elementen maximal 5 Gew.-% beträgt,

4.) Gleitlagerschale nach Anspruch 1 mit die Gleitschicht aus Weißmetall-Lagerlegierung auf Zinn-Basis tragenden Bindungs- und/oder Sperrschichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungs- und/oder Sperrschichten (3) eine Gesamtdicke von maximal 0,008 mm aufweisen.

5.) Gleitlagerschale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungs- und/oder Sperrschichten mis einem oder mehreren der Elemente der Gruppe Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, Kupfer, Zinn bzw. Legierungen bestehen, die eines oder mehrere dieser Elemente als Hauptbestandteile enthalten.