WO2006029785A1 - Lagervorrichtung - Google Patents

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WO2006029785A1
WO2006029785A1 PCT/EP2005/009757 EP2005009757W WO2006029785A1 WO 2006029785 A1 WO2006029785 A1 WO 2006029785A1 EP 2005009757 W EP2005009757 W EP 2005009757W WO 2006029785 A1 WO2006029785 A1 WO 2006029785A1
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surface layer
weight
bearing
copper
storage device
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PCT/EP2005/009757
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Sergio Stefano Guerreiro
Gérard BARBEZAT
Original Assignee
Thyssenkrupp Automotive Ag
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Definitions

  • the invention relates to a bearing device according to the preamble of the independent claim 1.
  • bearing is to be understood in the following to mean all parts which define the function of the bearing and which roll or slide off one another.
  • crankshafts For storing crankshafts and connecting rods in internal combustion engines, plain bearings, in particular split plain bearings with bearing shells, are frequently used, for example. In some cases, combined storage in plain and roller bearings is also used.
  • the crankshafts are usually made of forged steels or spheroidal graphite cast iron, steel, malleable cast iron or sintered materials.
  • the bearing shells are mostly realized as so-called two- or three-layer bearings. However, the production is such bearings relatively expensive. At high mileages of the machine, the bearings eventually wear so far that the replacement of the bearing shells is necessary. The replacement of the bearing shells in such machines is, as already mentioned above, associated with high costs.
  • the object of the invention is therefore to propose an improved bearing device which is simple in its construction, with which the maintenance effort is significantly reduced and the life of the bearing device is substantially prolonged.
  • the invention thus relates to a bearing device having a first bearing part and a second bearing part, which interact in a bearing contact, wherein the first bearing part and the second bearing part is each provided with a Ober ⁇ surface layer, wherein the hardness of the surface layer of the first bearing member is greater than that Hardness of the surface layer of the second bearing part.
  • first and the second bearing part move toward each other sliding or rolling or, for example, are stored resting ineinein. If it is spoken in the context of this application that the bearing parts have a surface layer, it is meant that the bearing parts each have a bearing surface or tread and these bearing or running surfaces are provided with a surface applied by thermal spraying surface layer.
  • the treads of the first and the second bearing part are the surfaces with which the two bearing parts are in bearing contact.
  • the bearing shells are omitted, i.
  • the two bearing parts can be brought directly into bearing contact.
  • the surface layer on the base material of the first bearing part is designed to be particularly hard when the running surface of the second bearing part has the soft surface layer.
  • base material in the context of this application is meant the carrier material of the surface layer, e.g. the material of a crankshaft at the bearing point.
  • bearing part which bearing part is provided with which surface layer depends on the specific requirements of the bearing device. For example, it may be advisable to provide the bearing part, which is easier to replace, with the softer surface layer, since this surface layer generally wears earlier than the hard surface layer. However, the life of the relatively soft surface layer is still many times greater than that of a comparable element of the prior art, such as a bearing shell.
  • copper-based layer also uses the term copper-containing surface layer.
  • the iron base layer has the following composition:
  • Carbon 0.1% to 1.5% by weight
  • Manganese 0.1% to 8% by weight
  • Sulfur 0.1% to 2% by weight
  • Copper 0.1% to 12% by weight
  • Iron Difference to 100% by weight.
  • iron-containing surface layer is also used for the term iron-base layer.
  • the storage device according to the invention is designed so that the iron-containing surface layer additionally contains 0.01% to 0.2% by weight of phosphorus. Phosphorus significantly improves the mechanical strength of the surface layer and thus increases its wear resistance.
  • the bearing device is provided with an iron-containing surface layer which additionally contains 0.1% to 20% by weight of molybdenum and / or additionally 5% to 20% by weight of chromium.
  • the presence of chromium and molybdenum in the surface layer significantly increases their resistance to corrosion, for example to aggressive substances, which may be contained in a lubricant for lubricating a bearing, for example, or arise during operation of an internal combustion engine or otherwise reach the coated surface.
  • the bearing device is designed such that the iron-containing surface layer contains MnS as a dry lubricant and the manganese content is between 1% and 2.5% by weight, preferably 1.7%. Weight percent and the Schwe ⁇ felanteil between 0.5% and 1.5% by weight, preferably 1% by weight.
  • the bearing device designed such that the iron-containing Oberflä ⁇ chen slaughter has a base matrix of ⁇ - iron.
  • the storage device can be configured such that the iron-containing surface layer contains carbides, in particular Fe x Cy, preferably F ⁇ 3 C. These carbides significantly increase the mechanical strength of the surface layer. The fine carbide grains hinder the migration of dislocations in the surface layer and thereby mechanically stabilize them.
  • the iron-containing surface layer is designed such that it has copper precipitates which form softer separate phases than a copper matrix. These copper precipitates have a good embedability with respect to small particles of dirt whose size can be in the micrometer range, for example 1 .mu.m. By embedding the dirt particles in the copper precipitates, for example, the risk of damage to the surfaces or the process generally known as "seizing" is avoided.
  • the areas containing the copper precipitates have a relatively low hardness and can thus in particular hard foreign bodies, which pass between the bearing parts of the bearing record. This happens when the foreign bodies are pressed into the regions with the copper precipitates or embedded. As a result, the surfaces of the Lager ⁇ parts are protected from damage by the hard foreign body. That is, the copper precipitates, so to speak, filter out the hard foreign bodies, i. The foreign bodies are permanently stored in the copper-containing precipitates.
  • the iron-containing surface layer has isolated phases of copper which form correspondingly spatially isolated regions of copper. These copper precipitates form relatively soft regions, that is, areas of low hardness in the otherwise relatively hard iron-containing layer.
  • the hardness of these areas from or with copper can be, for example, between 80 HV and 200 HV, where HV means Vickers hardness as usual, and preferably about 100 HV, while the iron-containing layer in areas without copper precipitates hardening between 300 HV and 500 HV, preferably a hardness of about 400 HV can have.
  • the surface layer of one of the bearing parts of a wet-lubricated bearing device such as the crankshaft of an internal combustion engine and / or the connecting rod in bearing contact with it and / or the bearing caliper for the crankshaft, is provided with an iron-containing surface layer.
  • Such bearings are usually lubricated with a lubricating oil that can contain contaminants of all kinds, such as abrasion, which can occur at various points in the internal combustion engine.
  • appropriate filter devices are often provided, such as the oil filter in a gasoline or diesel engine of a motor vehicle, however, so that only particles above a certain size can be effectively filtered out of the lubricant.
  • smaller particles in the micrometer range are not or only insufficiently filtered out so that, for example, they reach between the parts of the crankshaft which are in contact with the bearings and there permanently lead to damage to these bearings.
  • the corresponding surfaces are provided with an iron-containing surface layer with copper precipitates, the harmful contaminants in the soft copper precipitates of the surface layer are stored during operation of the bearing, so that the surfaces in contact with the bearing are contaminated by the contaminants, ie the dirt particles. no longer be harmed.
  • the copper-containing surface layer consists of a basic matrix of ⁇ - copper. This matrix forms a relatively soft base material for the surface layer with particularly good properties, in particular good sliding properties.
  • the bearing device is configured such that the copper-containing surface layer additionally contains 0.01% to 1% by weight of titanium. With the addition of titanium, the hardness of the surface layer can be changed within certain limits, which is necessary, for example, to optimally match the pairing of the iron-containing and the copper-containing surface layers.
  • the bearing device is used e.g. designed so that the copper-containing surface layer precipitates of iron and / or cobalt and / or manganese and / or silicon. These substances form hard phases in the copper-dominated surface layer. These hard phases form relatively hard areas, i. Areas of high hardness in the otherwise relatively soft copper-containing layer.
  • the hardness of these hard phases can be between 300 HV and 500 HV, preferably 400 HV, where HV means Vickers hardness as usual.
  • the copper-containing Grund ⁇ matrix can have a hardness between 80 and 200 HV, preferably 100 HV.
  • the lubricant such as the oil
  • the iron-containing, and / or the copper-containing surface layer in each case has a porosity of 0.5% to 5% Volumen ⁇ percent, in particular between 1% and 3%.
  • the oil penetrates into the pores and is transported with them over the running surface. This means that the pores act like storage bags, in which there is enough oil, respectively lubricant, to ensure the lubrication of the bearing parts even under difficult lubrication conditions.
  • At least one of the two surface layers is preferably post-processed after being applied to the running surfaces of the bearing parts. It has been found that honing is best suited for finishing the surface of all processes, in particular of all machining processes. Therefore, in a further embodiment, the surface layers are post-processed by honing.
  • the crankshaft of an internal combustion engine is equipped with a bearing device according to the invention.
  • the crankshaft may be supported in four radial journal bearings, one axial journal bearing, and two radial antifriction bearings.
  • six connecting rods are then mounted on the six crankpins of the crankshaft in six radial plain bearings.
  • the running surfaces of the stationary bearing parts of the plain bearings, in which such a crankshaft is supported, are provided with one of the specific surface layers according to the invention, e.g. is a copper base layer.
  • the crankshaft in this case is provided at the running surfaces of the five sliding bearing points and at the running surfaces of the crankpins with another of the special surface layers, which is eg an iron base layer.
  • the bearing points of the connecting rods for the crank pin, so the Lager ⁇ ask the crankshaft for the connecting rods, hereinafter referred to as connecting rod, for example, provided with the copper base layer.
  • the running surfaces of the inner and outer rings of the two rolling bearings of the above-exemplified inline six-cylinder engine are provided in this example with this copper base layer.
  • the rolling elements of the bearings however, in very specific embodiments, for example, balls, rollers, cones, etc., are equipped here with the iron-based layer.
  • the pairing of a relatively hard surface layer is realized with a relatively soft surface layer in the bearing in contact with each other bearing parts.
  • the cups are e.g. provided with a relatively soft surface layer, e.g. with the copper base layer and the other bearing part to be supported with a relatively hard surface layer, e.g. with the iron base layer.
  • a relatively soft surface layer e.g. with the copper base layer
  • the other bearing part to be supported with a relatively hard surface layer, e.g. with the iron base layer.
  • FIG. 2 shows a roller bearing device according to the invention
  • Fig. 3 shows a detail of a bearing device according to the invention a crankshaft.
  • FIG. 1 shows, in a schematic representation, a sliding bearing device 1 according to the invention which can absorb forces in the axial direction, that is to say in the direction of the axis A.
  • first bearing part 2 in the form of a shaft with shaft shoulder 201.
  • shaft shoulder 201 On this shaft shoulder 201 is the running surface with the hard surface layer 21.
  • the shaft 201 rests in the assembled state on the running surface 32 of the second bearing part 3, here in the form of an oil-lubricated support bearing 301.
  • the soft surface layer 31 is also visible.
  • the sliding bearings typical oil grooves 5 and the holes 6 for oil supply.
  • any impurities occurring are pressed into the copper matrix of the soft surface layer 31 of the second bearing part 3, or in the copper regions of the hard surface layer 21 of the first bearing part 2 and can not damage the surfaces of the two bearing parts.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a bearing device 1 according to the invention in the form of a roller bearing, which is designed here as a needle ring 7.
  • the storage device 1 is shown for clarity in the form of an exploded view.
  • a needle ring 7 can be used together with all shafts and / or needle sleeves, which have the appropriate dimensions.
  • the second bearing part 3 is realized here by the shaft 301 and the needle sleeve 401.
  • the first bearing part 2 is here pronounced as rolling elements with the iron-containing surface layer 21.
  • the second bearing part 3 is provided with the soft surface layer 31. It goes without saying that the first bearing part 2 can also be provided with the soft surface layer 31 and the second bearing part 3 with the iron-containing surface layer 21 can be provided.
  • Fig. 3 shows another embodiment of a storage device 1 according to the invention, which is of particular importance for the practice.
  • a bearing device 1 Shown is a detail of a bearing device 1 according to the invention a crankshaft 201.
  • the upper part of the bearing device 1 is also for reasons the clarity not shown.
  • the crankshaft 201 is provided with the hard surface layer 21 and supported in the radial sliding bearing 301.
  • the sliding bearing 301 is provided with the soft Ober ⁇ surface layer 31.
  • an oil groove 5 and holes 6 is introduced to the oil supply in the second bearing part 3, so the sliding bearing 301.
  • a crank 8, a crank pin 9 and a connecting rod 10 are shown here.
  • crank 8 is shown cut for better understanding.
  • the crank pin 9 which is provided at the point of sliding bearing with the connecting rod 10 with the ferrous, hard surface layer 21.
  • the connecting rod is provided with the soft, copper-containing surface layer 31 at this bearing point.
  • crankshaft oil passages in the crankshaft can be dispensed with by the use of the coatings according to the invention for the bearing device.
  • oil passage holes are formed in the crankshaft body, which serve to achieve a better lubrication of the main and crank bearings of the crankshaft.
  • the flow of oil through these bores ensures that oil is distributed on the surface of the bearings in sufficient quantity, so that a friction and Verschl facedreduzie ⁇ tion between the contact surfaces of the storage is achieved.
  • the preparation of the oil channel holes is associated with a high cost and with correspondingly high costs.
  • the oil channel holes to a Cracking lead and reduce the dynamic strength of Kurbel ⁇ wave.

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Abstract

Lagervorrichtung (1) mit einem ersten Lagerteil (2) und einem zweiten Lagerteil (3), die in lagerndem Kontakt zusammenwirken, wobei das erste Lagerteil (2) und das zweite Lagerteil (3) jeweils mit einer Oberflächenschicht (21, 31) versehen ist, wobei die Härte der Oberflächenschicht (21) des ersten Lager­teils (2) größer ist als die Härte der Oberflächenschicht (31) des zweiten Lagerteils (3).

Description

Lagervorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Gleit- und Wälzlager nehmen in der Technik den überwiegenden Anteil von eingesetzten Lagern ein. Unter dem Begriff Lager sind im Folgenden alle, die Funktion des Lagers definierenden, aufeinander abrollenden bzw. abgleiten¬ den Teile zu verstehen.
Mit der an den aufeinander wälzenden und / oder gleitenden Lagerlaufflächen entstehenden Reibung in der Regel verbunden sind Verschleißerscheinungen, besonders an den Lagerlaufflächen. Damit diese Verschleißerscheinungen nicht einen Wechsel der kompletten Lagervorrichtung nötig machen, werden unter anderem bei Gleitlagern Lagerschalen verwendet, die nach ihrer Abnut¬ zung ausgetauscht werden können. Dadurch wird allerdings der konstruktive Aufbau des Gleitlagers wesentlich verkompliziert und mit dem Auswechseln der Lagerschalen wird außerdem ein kostenintensiver Wartungsprozess nötig.
Zum Lagern von Kurbelwellen und Pleuelstangen in Verbrennungsmotoren werden zum Beispiel häufig Gleitlager, insbesondere geteilte Gleitlager mit Lagerschalen verwendet. Teilweise findet auch die kombinierte Lagerung in Gleit- und Wälzlagern Anwendung. Die Kurbelwellen sind in der Regel aus geschmiedeten Stählen oder Gusseisen mit Kugelgraphit, Stahl-, Temperguss oder Sinterwerkstoffen hergestellt. Die Lagerschalen sind meistens als so genannte Zwei- oder Dreischichtlager realisiert. Allerdings ist die Herstellung solcher Lagerschalen relativ aufwendig. Bei hohen Laufleistungen der Maschine nutzen sich die Lagerschalen schließlich doch soweit ab, dass das Wechseln der Lagerschalen nötig wird. Das Wechseln der Lagerschalen in solchen Maschinen ist, wie oben schon erwähnt wurde, mit hohen Kosten verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Lagervorrichtung vorzuschlagen, welche in ihrer Konstruktion einfach ist, mit welcher der Wartungsaufwand deutlich reduziert und die Lebensdauer der Lagervorrich¬ tung wesentlich verlängert wird.
Die diese Aufgaben in apparativer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfin¬ dung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeich¬ net. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft somit eine Lagervorrichtung mit einem ersten Lagerteil und einem zweiten Lagerteil, die in lagerndem Kontakt zusammenwirken, wobei das erste Lagerteil und das zweite Lagerteil jeweils mit einer Ober¬ flächenschicht versehen ist, wobei die Härte der Oberflächenschicht des ersten Lagerteils größer ist als die Härte der Oberflächenschicht des zweiten Lagerteils.
Unter lagerndem Kontakt ist zu verstehen, dass sich das erste und das zweite Lagerteil aufeinander gleitend oder wälzend bewegen oder z.B. ruhend inein¬ ander gelagert sind. Wenn im Rahmen dieser Anmeldung davon gesprochen wird, dass die Lagerteile eine Oberflächenschicht aufweisen, ist gemeint, dass die Lagerteile jeweils eine Lagerfläche oder Lauffläche aufweisen und diese Lager- bzw. Laufflächen mit einer durch thermisches Spritzen aufgebrachten Oberflächenschicht versehen sind. Die Laufflächen des ersten und des zweiten Lagerteils sind die Flächen, mit denen die beiden Lagerteile in lagerndem Kontakt stehen.
Mit der unterschiedlich harten Beschichtung der zwei Lagerteile ist es jetzt möglich, diese in Bezug auf ihre Gleiteigenschaften optimal zu gestalten und dabei einerseits den konstruktiven Aufwand der Lagervorrichtung gegenüber dem Stand der Technik zu minimieren und andererseits die Lebensdauer der Lagervorrichtung deutlich zu erhöhen. So können jetzt z.B. die Lagerschalen weggelassen werden, d.h. die zwei Lagerteile können direkt in lagernden Kontakt gebracht werden.
Durch diese spezielle Wahl und Anordnung der unterschiedlich harten Ober¬ flächenschichten wird erreicht, dass unter anderem der Reibwiderstand zwischen den zwei Lagerteilen minimiert wird und die Neigung der beiden Lagerteile zum adhäsiven Verschleiß bzw. zum Fressen, auch Scuffing genannt, praktisch ausbleibt.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn Oberflächenschichten mit ähnlicher Härte aufeinander abgleiten, kommt es in der Regel zu erhöhtem Verschleiß. Dies beruht darauf, dass z.B. bei relativ harten Oberflächenschichten keine der beiden Schichten eine genügend hohe Duktilität besitzt, um die auftretenden, zum Teil sehr großen mechanischen Spannungen durch Verformung, insbe¬ sondere plastische Verformung, abzubauen. Als Folge davon werden die Teile der beiden Oberflächen, welche die mechanischen Spannungen verursachen, abgetragen, insbesondere können sie ausbrechen.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass, wenn zwei relativ weiche Oberflächen¬ schichten aufeinander abgleiten, entsteht in der Regel in hohem Maße Reibung und Reibungswärme. Die Reibung entsteht, indem, gegeben durch die relativ hohe Duktilität der beiden Oberflächenschichten, diese sich unter einem Anpressdruck so verformen, dass sie mit einem relativ großen Anteil - A -
ihrer gesamten Lauf- oder Lagerfläche aufeinander reiben. Weiterhin ist die Neigung von weichen Oberflächenschichten zum aneinander Haften zumeist größer als bei harten Oberflächenschichten. Aufgrund dieser Eigenschaften der beiden Oberflächenschichten werden z.B. beim aufeinander Gleiten der Schichten Teile der Oberfläche herausgerissen, was wieder erhöhten Ver¬ schleiß, im extremen Fall Fressen bedeutet.
Es ist eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass, wenn eine relativ harte Oberflächenschicht über eine relativ weiche Oberflächen¬ schicht gleitet oder wälzt, wie es bei der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung der Fall ist, die oben genannten Verschleißprozesse weitestgehend ausblei¬ ben. Die harte Oberflächenschicht führt in der weichen Oberflächenschicht zu Spannungen, die diese aber durch ihre relativ hohe Duktilität abbauen kann und durch die sie demzufolge nicht beschädigt wird. Da die harte Ober¬ flächenschicht kaum an der weichen Oberflächenschicht haftet, werden aus dieser auch nahezu keine Oberflächenbestandteile herausgerissen. Und durch die relativ geringe Härte der weichen Oberflächenschicht bringt diese nicht die nötigen Kräfte auf, um die harte Schicht zu schädigen.
Ein weiterer Vorteil der speziellen Art und Anordnung der Oberflächenschich¬ ten im Rahmen der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ist, dass die Lager¬ vorrichtung im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lagervorrichtungen unempfindlich gegenüber eventuell auftretenden Verun¬ reinigungen ist. Diese Verunreinigungen sind zum Beispiel kleine Festkörper¬ partikel, die z.B. aber nicht nur bei Nass- bzw. Flüssigkeitsschmierung, insbe¬ sondere Ölschmierung zusammen mit dem Öl zwischen die Laufflächen der beiden Lagerteile gelangen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lagervorrichtungen kommt es durch diese Verunreinigungen z.B. zum Zer¬ kratzen der Laufflächen der Lagervorrichtung, was zu einem erhöhten Ver¬ schleiß und damit zum vorzeitigen Ausfall der Lagervorrichtung führt. In der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung werden diese Verunreinigungen in bestimmte Bereiche in einer oder in beiden Oberflächenschichten eingebettet und können die Oberflächen, respektive Oberflächenschichten der Lauf¬ flächen der beiden Lagerteile daher nicht mehr schädigen.
Um zusätzlich eine Schädigung der Laufflächen der beiden Lagerteile auszu¬ schließen, wird die Oberflächenschicht auf dem Grundmaterial des ersten Lagerteils besonders hart ausgestaltet, wenn die Lauffläche des zweiten Lagerteils die weiche Oberflächenschicht aufweist. Mit Grundmaterial ist im Rahmen dieser Anmeldung das Trägermaterial der Oberflächenschicht gemeint, z.B. das Material einer Kurbelwelle an der Lagerstelle.
Durch die Paarung einer möglichst harten mit einer relativ weichen Ober¬ flächenschicht auf jeweils einer Lagerteil - Lauffläche werden optimale Lager¬ ergebnisse in Bezug auf Reibungsminimierung und Verschleißfestigkeit der Lagervorrichtung erreicht.
Welches Lagerteil mit welcher Oberflächenschicht versehen wird, ist von den konkreten Anforderungen an die Lagervorrichtung abhängig. Zum Beispiel kann es empfehlenswert sein, das Lagerteil, welches einfacher auszuwech¬ seln ist, mit der weicheren Oberflächenschicht zu versehen, da diese Ober¬ flächenschicht sich in der Regel früher abnutzt als die harte Oberflächen¬ schicht. Allerdings ist die Lebensdauer der relativ weichen Oberflächenschicht immer noch um ein Vielfaches größer als die eines vergleichbaren Elements aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel die einer Lagerschale.
Natürlich gibt es noch viele andere Gesichtspunkte, die bei der Wahl der Beschichtungen eine Rolle spielen können.
Im Folgenden werden die Oberflächenschichten näher erläutert. Die relativ weiche Kupferbasisschicht weist folgende Zusammensetzung auf: Zink = 5% bis 30% Gewichtsprozent Zinn = 1% bis 10% Gewichtsprozent Silizium = 0.1% bis 3% Gewichtsprozent Aluminium = 0.1% bis 7% Gewichtsprozent Eisen = 0.01 % bis 2% Gewichtsprozent Mangan = 0.01% bis 4% Gewichtsprozent Kobalt = 0.01% bis 3% Gewichtsprozent Kupfer = Differenz auf 100% Gewichtsprozent.
Im Folgenden wird für den Begriff Kupferbasisschicht auch der Begriff kupfer- haltige Oberflächenschicht verwendet.
Die Eisenbasisschicht weist folgende Zusammensetzung auf:
Kohlenstoff = 0.1% bis 1.5% Gewichtsprozent Mangan = 0.1% bis 8% Gewichtsprozent Schwefel = 0.1% bis 2% Gewichtsprozent Kupfer = 0.1% bis 12% Gewichtsprozent Eisen = Differenz auf 100% Gewichtsprozent.
Im Folgenden wird für den Begriff Eisenbasisschicht auch der Begriff eisen¬ haltige Oberflächenschicht verwendet.
Zunächst soll nachfolgend die eisenhaltige Oberflächenschicht sowie deren Eigenschaften erläutert werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Lagervorrichtung so ausgestaltet, dass die eisenhaltige Oberflächenschicht zusätzlich 0.01% bis 0.2% Gewichtsprozent Phosphor enthält. Phosphor verbessert erheblich die mechanische Festigkeit der Oberflächenschicht und erhöht damit deren Ver¬ schleißfestigkeit. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Lagervorrichtung mit einer eisenhaltigen Oberflächenschicht versehen, die zusätzlich 0.1% bis 20% Gewichtsprozent Molybdän und / oder zusätzlich 5% bis 20% Gewichts¬ prozent Chrom enthält. Insbesondere die Anwesenheit von Chrom und Molybdän in der Oberflächenschicht erhöht entscheidend deren Korrosions¬ festigkeit, z.B. gegenüber aggressiven Stoffe, die z.B. in einem Schmiermittel zum Schmieren eines Lagers enthalten sein können oder beim Betrieb einer Brennkraftmaschine entstehen oder auf andere Weise an die beschichtete Oberfläche gelangen.
Um die Trockenschmierungs - Eigenschaften der eisenhaltigen Oberflächen¬ schicht zu verbessern, ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Lager¬ vorrichtung so ausgestaltet, dass die eisenhaltige Oberflächenschicht MnS als Trockenschmierstoff enthält und der Mangan-Anteil zwischen 1% und 2.5% Gewichtsprozent, bevorzugt bei 1.7% Gewichtsprozent liegt und der Schwe¬ felanteil zwischen 0.5% und 1.5% Gewichtsprozent, bevorzugt bei 1% Gewichtsprozent liegt.
Um die guten Laufeigenschaften, z.B. Gleiteigenschaften, der eisenhaltigen Oberflächenschicht weiter zu erhöhen, ist in einem anderen Ausführungs¬ beispiel die Lagervorrichtung derart gestaltet, dass die eisenhaltige Oberflä¬ chenschicht eine Grundmatrix aus α - Eisen aufweist.
Weiterhin kann die Lagervorrichtung derart ausgestaltet werden, dass die eisenhaltige Oberflächenschicht Karbide, insbesondere FexCy, bevorzugt Fβ3C enthält. Diese Karbide erhöhen wesentlich die mechanische Festigkeit der Oberflächenschicht. Die feinen Karbidkörner behindern das Wandern von Versetzungen in der Oberflächenschicht und stabilisieren diese dadurch mechanisch. Um bessere Eigenschaften der Lagervorrichtung in Bezug auf die Empfind¬ lichkeit gegen Schmutz zu erreichen, um also die Lebensdauer der Lagervor¬ richtung zu erhöhen, wird die eisenhaltige Oberflächenschicht derart gestaltet, dass sie Kupferausscheidungen aufweist, die weichere getrennte Phasen als eine Kupfermatrix bilden. Diese Kupferausscheidungen haben eine gute Ein¬ bettfähigkeit gegenüber kleinen Schmutzpartikeln, deren Größe im Mikro¬ meterbereich, z.B. bei 1 μm liegen kann. Durch diese Einbettung der Schmutzpartikel in die Kupferausscheidungen wird z.B. die Gefahr einer Beschädigung der Oberflächen oder der allgemein als „Fressen" bekannte Vorgang vermieden.
Die Bereiche, welche die Kupferausscheidungen enthalten, haben eine relativ geringe Härte und können so insbesondere harte Fremdkörper, die zwischen die Lagerteile des Lagers gelangen, aufnehmen. Das passiert, indem die Fremdkörper in die Bereiche mit den Kupferausscheidungen eingedrückt, respektive eingebettet werden. Dadurch werden die Oberflächen der Lager¬ teile vor Beschädigungen durch die harten Fremdkörper geschützt. Das heißt, die Kupferausscheidungen filtern sozusagen die harten Fremdkörper heraus, d.h. die Fremdkörper werden dauerhaft in den kupferhaltigen Ausscheidungen eingelagert.
Wie bereits erläutert, weist die eisenhaltige Oberflächenschicht isolierte Phasen aus Kupfer auf, die entsprechend räumlich isolierte Bereiche aus Kupfer bilden. Diese Kupferausscheidungen bilden relativ weiche Bereiche, das heißt Bereiche mit geringer Härte, in der ansonsten verhältnismäßig harten eisenhaltigen Schicht. Die Härte dieser Bereiche aus bzw. mit Kupfer kann dabei zum Beispiel zwischen 80 HV und 200 HV, wobei HV wie üblich Vickers Härte bedeutet, und bevorzugt ca. 100 HV betragen, während die eisenhaltige Schicht in Bereichen ohne Kupferausscheidungen Härten zwischen 300 HV und 500 HV, bevorzugt eine Härte von ca. 400 HV haben kann. Besonders vorteilhaft ist daher z.B. die Oberflächenschicht eines der Lager¬ teilen einer nassgeschmierten Lagervorrichtung, wie z.B. die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und / oder die mit ihr in lagerndem Kontakt stehende Pleuelstange und / oder der Lagersattel für die Kurbelwelle mit einer eisen¬ haltigen Oberflächenschicht versehen. Solche Lager sind in der Regel mit einem Schmieröl geschmiert, das Verschmutzungen aller Art, wie z.B. Abrieb, der an den verschiedensten Stellen in der Brennkraftmaschine entstehen kann, enthalten kann. Zwar sind häufig entsprechende Filtervorrichtungen vorgesehen, wie etwa der Ölfilter in einem Benzin- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, jedoch können damit nur Teilchen ab einer bestimmten Größe wirksam aus dem Schmiermittel gefiltert werden. Insbesondere kleinere Teil¬ chen im Mikrometerbereich werden nicht oder nur unzureichend heraus gefil¬ tert, sodass sie z.B. zwischen die in lagerndem Kontakt stehenden Teile der Kurbelwelle gelangen und dort auf Dauer zur Schädigung dieser Lager führen. Sind die entsprechenden Oberflächen jedoch mit einer eisenhaltigen Ober¬ flächenschicht mit Kupferausscheidungen versehen, werden die schädlichen Verschmutzungen in den weichen Kupferausscheidungen der Oberflächen¬ schicht im Betrieb des Lagers eingelagert, sodass die in lagerndem Kontakt stehenden Oberflächen durch die Verschmutzungen, also die Schmutz¬ teilchen, nicht mehr geschädigt werden.
Im Folgenden werden nunmehr die Eigenschaften der kupferhaltigen Ober¬ flächenschicht, die eine geringere Härte als die eisenhaltige Oberflächen¬ schicht hat, eingehend beschrieben.
In einem für die Praxis besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die kupferhaltige Oberflächenschicht aus einer Grundmatrix aus α - Kupfer. Diese Matrix bildet einen relativ weichen Grundwerkstoff für die Oberflächen¬ schicht mit besonders guten Eigenschaften, insbesondere gute Gleiteigen¬ schaften. In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Lagervorrichtung so ausgestaltet, dass die kupferhaltige Oberflächenschicht zusätzlich 0.01% bis 1% Gewichtsprozent Titan enthält. Mit der Zugabe von Titan kann die Härte der Oberflächenschicht in bestimmten Grenzen verändert werden, was notwendig ist, z.B. um die Paarung der eisenhaltigen und der kupferhaltigen Oberflächenschichten optimal aufeinander abzustimmen.
Um die guten Laufeigenschaften der Lagerteile der Lagervorrichtung sicher¬ zustellen, wird die Lagervorrichtung z.B. so ausgestaltet, dass die kupfer¬ haltige Oberflächenschicht Ausscheidungen von Eisen und / oder Kobalt und / oder Mangan und / oder Silizium aufweist. Diese Stoffe bilden Hartphasen in der mengenmäßig vom Kupfer dominierten Oberflächenschicht. Diese Hart¬ phasen bilden relativ harte Bereiche, d.h. Bereiche mit hoher Härte in der ansonsten verhältnismäßig weichen kupferhaltigen Schicht. Die Härte dieser Hartphasen kann dabei zwischen 300 HV und 500 HV, bevorzugt bei 400 HV liegen, wobei HV wie üblich Vickers Härte bedeutet. Die kupferhaltige Grund¬ matrix kann dabei eine Härte zwischen 80 und 200 HV, bevorzugt 100 HV, haben.
Bei Nass- oder Flüssigkeitsschmierung, insbesondere Ölschmierung der Lagervorrichtung ist es wichtig, dass das Schmiermittel, also etwa das Öl, gut zwischen die zwei Laufflächen der Lagerteile transportiert wird. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die eisenhaltige, und / oder die kupfer¬ haltige Oberflächenschicht jeweils eine Porosität von 0.5% bis 5% Volumen¬ prozent, insbesondere zwischen 1% und 3% aufweist. Das Öl dringt in die Poren ein und wird mit ihnen über die Lauffläche transportiert. D.h. die Poren wirken wie Vorratstaschen, in denen sich genug Öl, respektive Schmiermittel, befindet, um auch unter schwierigen Schmierbedingungen die Schmierung der Lagerteile sicherzustellen. Mindestens einer der beiden Oberflächenschichten, also entweder die eisen¬ haltige oder die kupferhaltige oder beide, werden bevorzugt nach ihrem Auf¬ bringen auf die Laufflächen der Lagerteile nachbearbeitet. Dabei hat sich herausgestellt, dass von allen Verfahren, insbesondere von allen spanabhe¬ benden Verfahren, das Honen am Besten zur Nachbearbeitung der Ober¬ fläche geeignet ist. Deswegen werden in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Oberflächenschichten durch Honen nachbearbeitet.
In einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel ist die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Lagervor¬ richtung ausgestattet. Beispielsweise kann in einem Reihensechszylinder - Motor die Kurbelwelle in vier radialen Gleitlagern, einem axialen Gleitlager und zwei radialen Wälzlagern gelagert sein. Weiterhin sind dann sechs Pleuelstangen an den sechs Kurbelzapfen der Kurbelwelle in sechs radialen Gleitlagern gelagert. Die Laufflächen der stationären Lagerteile der Gleitlager, in denen eine solche Kurbelwelle gelagert ist, sind dabei mit einer der spezi¬ ellen erfindungsgemäßen Oberflächenschichten versehen, die z.B. eine Kupferbasisschicht ist.
Die Kurbelwelle ist in diesem Fall an den Laufflächen der fünf Gleitlagerstellen und an den Laufflächen der Kurbelzapfen mit einer anderen der speziellen Oberflächenschichten versehen, die z.B. eine Eisenbasisschicht ist. Weiterhin sind die Lagerstellen der Pleuelstangen für die Kurbelzapfen, also die Lager¬ stellen der Kurbelwelle für die Pleuelstangen, im Folgenden Pleuelaugen genannt, z.B. mit der Kupferbasisschicht versehen. Auch die Laufflächen der Innen- und Außenringe der zwei Wälzlager des weiter oben beispielhaft angeführten Reihensechszylinder - Motors, sind bei diesem Beispiel mit dieser Kupferbasisschicht versehen. Die Wälzelemente der Wälzlager hingegen, in ganz speziellen Ausführungsbeispielen auch z.B. Kugeln, Rollen, Kegel etc., sind hier mit der Eisenbasisschicht ausgestattet. D.h. bei allen in diesem Ausführungsbeispiel genannten Lagervorrichtungen ist bei den miteinander in lagerndem Kontakt stehenden Lagerteilen die Paarung einer relativ harten Oberflächenschicht mit einer relativ weichen Oberflächenschicht realisiert. Durch diese erfindungsgemäßen Lagervorrich¬ tungen kann z.B. auf den Einsatz von Lagerschalen verzichtet werden.
Bei speziellen Einsatzbedingungen, z.B. bei besonders hoher Beanspru¬ chung, kann es unter Umständen erforderlich sein, trotzdem weiterhin Lager¬ schalen zu verwenden. In diesem Fall werden die Lagerschalen z.B. mit einer relativ weichen Oberflächenschicht versehen, z.B. mit der Kupferbasisschicht und das andere zu lagernde Lagerteil mit einer relativ harten Oberflächen¬ schicht, z.B. mit der Eisenbasisschicht. Mit dieser erfindungsgemäßen Lager¬ vorrichtung wird z.B. eine viel höhere Lebensdauer oder eine höhere Belast¬ barkeit erreicht, als mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lager¬ schalen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Gleit - Lagervorrichtung;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Wälz - Lagervorrichtung;
Fig. 3 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung einer Kurbelwelle.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Gleit - Lagervorrichtung 1 , die Kräfte in axialer Richtung, also in Richtung der Achse A, aufnehmen kann. Zu sehen ist eine das erste Lagerteil 2 in Form einer Welle mit Wellenabsatz 201. Auf diesem Wellenabsatz 201 befindet sich die Lauffläche mit der harten Oberflächenschicht 21. Die Welle 201 stützt sich im zusammengebauten Zustand ab auf der Lauffläche 32 des zweiten Lagerteils 3, hier in Form eines ölgeschmierten Stützlagers 301. Auf die Lauffläche 32 des Stützlagers 3 aufgebracht ist die weiche Oberflächenschicht 31. Weiterhin zu sehen sind die für Gleitlager typischen Ölnuten 5 und die Löcher 6 zur Ölzufuhr.
Im Betriebszustand werden eventuell auftretende Verunreinigungen in die Kupfermatrix der weichen Oberflächenschicht 31 des zweiten Lagerteils 3, oder in die Kupferbereiche der harten Oberflächenschicht 21 des ersten Lagerteils 2 eingedrückt und können die Oberflächen der beiden Lagerteile nicht schädigen.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Lagervorrichtung 1 in Form eines Wälzlagers, welches hier als Nadelkranz 7 ausgestaltet ist. Die Lagervorrichtung 1 ist zur besseren Übersicht in Form einer Explosionszeichnung dargestellt. Prinzipiell kann ein Nadelkranz 7 zusammen mit allen Wellen und / oder Nadelhülsen verwendet werden, welche die passenden Abmessungen haben. Die z.B. vom Kugel¬ lager bekannten Innen- und Außenringe mit den Laufflächen entfallen hier in der Regel. Das zweite Lagerteil 3 ist hier realisiert durch die Welle 301 und die Nadelhülse 401. Das erste Lagerteil 2 ist hier ausgeprägt als Wälzkörper mit der eisenhaltigen Oberflächenschicht 21. Das zweite Lagerteil 3 ist mit der weichen Oberflächenschicht 31 versehen. Es versteht sich, dass auch das erste Lagerteil 2 mit der weichen Oberflächenschicht 31 versehen sein kann und das zweite Lagerteil 3 mit der eisenhaltigen Oberflächenschicht 21 ver¬ sehen sein kann.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lager¬ vorrichtung 1 , welche für die Praxis von besonderer Bedeutung ist. Zur besse¬ ren Anschaulichkeit wurden Teile, wo es dienlich war, im Schnitt dargestellt. Gezeigt ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung 1 einer Kurbelwelle 201. Der obere Teil der Lagervorrichtung 1 ist auch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. In dem gezeigten Ausschnitt ist die Kurbelwelle 201 mit der harten Oberflächenschicht 21 versehen und in dem radialen Gleitlager 301 gelagert. Das Gleitlager 301 ist mit der weichen Ober¬ flächenschicht 31 versehen. Um eine Ölschmierung zu gewährleisten, ist in das zweite Lagerteil 3, also das Gleitlager 301 , eine Ölnut 5 und Löcher 6 zur Ölzufuhr eingebracht. Weiterhin ist hier gezeigt eine Kurbel 8, ein Kurbel¬ zapfen 9 und eine Pleuelstange 10. Die Kurbel 8 ist zum besseren Verständ¬ nis geschnitten dargestellt. In der Kurbel 8 befindet sich unter anderem der Kurbelzapfen 9, welcher an der Stelle der Gleitlagerung mit der Pleuelstange 10 mit der eisenhaltigen, harten Oberflächenschicht 21 versehen ist. Die Pleuelstange ist an dieser Lagerstelle mit der weichen, kupferhaltigen Ober¬ flächenschicht 31 versehen. Auf weitere Details in der Zeichnung, wie etwa Bohrungen in der Kurbelwelle zur Ölschmierung etc., wurde hier verzichtet.
Auch hier werden im Betriebszustand eventuell auftretende Verunreinigungen in die Kupfermatrix der weichen Oberflächenschicht 31 des zweiten Lagerteils 3, also des Gleitlagers 301 , oder in die Kupferbereiche der harten Ober¬ flächenschicht 21 des ersten Lagerteils 2, also der Kurbelwelle 201 , einge¬ drückt und können die Oberflächen der beiden Lagerteile nicht schädigen. Dieser Prozess läuft natürlich analog für die Oberflächenschichten an der Lagerstelle der Pleuelstange ab.
Ein wichtiger Vorteil, der durch das Aufbringen der harten Oberflächenschicht 21 auf die Kurbelwelle 201 im Bereich des Gleitlagers 301 erreicht wird, ist darin zu sehen, dass wegen der harten Oberflächenschicht 21 auf das ohne diese Oberflächenschicht erforderliche gesonderte Härten (z.B. Induktions¬ härten) der Kurbelwelle 201 in diesem Bereich verzichtet werden kann. In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die harte Oberflächenschicht 21 auf einem Hubzapfen der Kurbelwelle 201 vorgesehen. In gleicher Weise kann diese harte Oberflächenschicht 21 auch auf den Lagerzapfen der Kurbelwellenhauptlager vorgesehen sein. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen Kurbelwellen, die die harten Oberflächenschichten 21 nicht aufweisen, ist es zur Vermeidung eines frühzeitigen Verschleißens erforderlich, die Lagerstellen der Kurbelwellen in einem aufwendigen separa¬ ten Arbeitsschritt zu härten. Dies erfolgt in der Regel durch Induktionshärten, was mit hohem Aufwand und hohen Kosten verbunden ist. Außerdem entste¬ hen während der Induktionshärtung der Kurbelwelle Verzüge an den Lager¬ sitzen. Um diese Verzüge zu kompensieren, müssen die Lagersitze mit hohem Aufmaß vor dem Härten hergestellt werden. Nach der Induktions¬ härtung werden die Lagersitzdurchmesser dann durch Schleifen (oder ähn¬ liche spanabhebende Verfahren) auf Endmaß gebracht. Durch das erfin¬ dungsgemäße Aufbringen der harten Oberflächenschicht 21 an den Lager¬ sitzen kann vorteilhaft auf das Induktionshärten an diesen Stellen verzichtet werden. Die vorgenannten Nachteile des Induktionshärtens werden somit vermieden, die Herstellung der Kurbelwellen erfolgt mit einem geringeren Energieaufwand. Es ist kein bzw. ein gegenüber dem Stand der Technik deut¬ lich reduziertes Aufmaß an den Lagersitzen nötig, die Kurbelwelle unterliegt keinem Verzug und sie weist eine geringere Rissanfälligkeit auf als herkömm¬ liche induktionsgehärtete Kurbelwellen.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Ver¬ wendung der erfindungsgemäßen Beschichtungen für die Lagervorrichtung auf Ölkanalbohrungen in der Kurbelwelle verzichtet werden kann. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kurbelwellen sind Ölkanalbohrungen im Kurbelwellenkörper ausgebildet, die dazu dienen, eine bessere Schmierung der Haupt- und Hublager der Kurbelwelle zu erreichen. Der Ölfluss durch diese Bohrungen sorgt dafür, dass Öl auf der Oberfläche der Lager in ausrei¬ chender Menge verteilt wird, sodass eine Reibungs- und Verschleißreduzie¬ rung zwischen den Kontaktflächen der Lagerung erreicht wird. Die Herstellung der Ölkanalbohrungen ist mit einem hohen Aufwand und mit entsprechend hohen Kosten verbunden. Außerdem können die Ölkanalbohrungen zu einer Rissbildung führen und sie reduzieren die dynamische Festigkeit der Kurbel¬ welle.
Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Oberflächenschicht auf der Oberfläche der Haupt- und Hublager der Kurbelwelle wird eine ausreichende Reibungsreduzierung und Verschleißreduzierung der Lagerung erreicht, ohne dass zusätzlich Öl zur Reibungs- und Verschleißreduzierung über Ölkanal- bohrungen auf die Lagerflächen transportiert werden müsste. Daher kann auf die separaten Ölkanalbohrungen in der Kurbelwelle verzichtet werden. Das Verzichten auf die Ölkanalbohrungen führt zwar zu einer Reduzierung der Ölschmierung der Haupt- und Hublager, jedoch wird dies durch die erfin¬ dungsgemäße Beschichtung der Lagerpartner kompensiert. Hierzu sind erfin¬ dungsgemäß besonders geeignete Werkstoffkombinationen vorgesehen, die geeignete tribologische Eigenschaften aufweisen, um auch ohne zusätzlich durch ölkanalbohrungen herantransportiertes Öl eine ausreichend geringe Reibung und einen ausreichend geringen Verschleiß der Lagerpartner zu erreichen.
Die positiven Einflüsse einer herkömmlichen Ölschmierung mittels Ölkanal¬ bohrungen auf das aus Lageroberfläche der Kurbelwelle und entsprechendem Gegenkörper bestehende tribologische System werden erfindungsgemäß durch gezielt gewählte Werkstoffe, die in Form von Oberflächenbeschichtun- gen aufgebracht werden, erreicht. Als Gegenkörper zu den Lagersitzen der Kurbelwelle können dabei aus zwei Halbschalen mit Weichlegierungen an ihrer Oberfläche, die in Form von Oberflächenschichten aufgebracht sind, bestehen. Alternativ können die Gegenkörper aber auch unmittelbar durch die entsprechenden Lagersitze der zu lagernden Bauteile, wie z.B. die inneren Oberflächen der Pleuelaugen, gebildet werden.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Oberflächenschichten an den einzelnen Lagerteilen kann nicht nur auf die Herstellung der Ölbohrungen selbst verzichtet werden, auch das Abgraten und das Polieren der Bohrungs¬ enden entfällt. Weiterhin wird eine geringere Rissanfälligkeit und eine höhere dynamische Steifigkeit der Kurbelwelle erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Lagervorrichtung mit einem ersten Lagerteil (2) und einem zweiten Lager¬ teil (3), die in lagerndem Kontakt zusammenwirken, wobei das erste Lagerteil (2) und das zweite Lagerteil (3) jeweils mit einer Oberflächen¬ schicht (21, 31) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Oberflächenschicht (21) des ersten Lagerteils (2) größer ist als die Härte der Oberflächenschicht (31) des zweiten Lagerteils (3).
2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Lagervorrichtung ein Kurbel¬ wellenlager mit Pleuelstange (10) einer Brennkraftmaschine ist.
3. Lagervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenschicht (21) des ersten Lagerteils (2) eine eisenhaltige Ober¬ flächenschicht (21) ist, welche mindestens folgende Zusammensetzung aufweist:
Kohlenstoff = 0.1% bis 1.5% Gewichtsprozent Mangan = 0.1% bis 8% Gewichtsprozent Schwefel = 0.1% bis 2% Gewichtsprozent Kupfer = 0.1% bis 12% Gewichtsprozent Eisen = Differenz auf 100% Gewichtsprozent.
4. Lagervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die eisenhaltige Oberflächen¬ schicht (21) zusätzlich 0.01% bis 0.2% Gewichtsprozent Phosphor enthält.
5. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die eisen¬ haltige Oberflächenschicht (21) zusätzlich 5% bis 20% Gewichtsprozent Chrom enthält.
6. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die eisen¬ haltige Oberflächenschicht (21) zusätzlich 0.1% bis 20% Gewichtsprozent Molybdän enthält.
7. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei in der eisenhaltigen Oberflächenschicht (21) MnS als Trockenschmierstoff ent¬ halten ist und der Mangan Anteil zwischen 1% und 2.5% Gewichtsprozent, bevorzugt bei 1.7% Gewichtsprozent liegt und der Schwefelanteil zwischen 0.5% Gewichtsprozent und 1.5% Gewichtsprozent, bevorzugt bei 1 % Gewichtsprozent liegt.
8. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die eisen¬ haltige Oberflächenschicht (21) eine Grundmatrix aus α - Eisen aufweist.
9. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die eisen¬ haltige Oberflächenschicht (21) Karbide, insbesondere FexCy, bevorzugt Fe3C enthält.
10. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die eisen¬ haltige Oberflächenschicht (21) Kupferausscheidungen aufweist, die eine Kupfermatrix bilden.
11. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die eisen¬ haltige Oberflächenschicht (21) eine Porosität von 0.5% bis 5% Volumen¬ prozent, insbesondere zwischen 1% und 3% aufweist.
12. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Ober¬ flächenschicht (31) des zweiten Lagerteils (3) eine kupferhaltige Ober¬ flächenschicht (31) ist, welche mindestens folgende Zusammensetzung aufweist: Zink = 5% bis 30% Gewichtsprozent Zinn = 1 % bis 10% Gewichtsprozent Silizium = 0.1% bis 3% Gewichtsprozent Aluminium = 0.1% bis 7% Gewichtsprozent Eisen = 0.01% bis 2% Gewichtsprozent Mangan = 0.01 % bis 4% Gewichtsprozent Kobalt = 0.01 bis 3% Gewichtsprozent Kupfer = Differenz auf 100% Gewichtsprozent.
13. Lagervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die kupferhaltige Oberflächen¬ schicht (31) zusätzlich 0.01% bis 1% Gewichtsprozent Titan enthält.
14. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die kupfer¬ haltige Oberflächenschicht (31) eine Grundmatrix aus α - Kupfer aufweist.
15. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die kupfer¬ haltige Oberflächenschicht (31) Ausscheidungen von Eisen und / oder Kobalt und / oder Mangan und / oder Silizium aufweist.
16. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die kupfer¬ haltige Oberflächenschicht (31) eine Porosität von 0.5% bis 5% Volumen¬ prozent, insbesondere zwischen 1% und 3% aufweist.
17. Lagervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die kupferhaltige und / oder eisenhaltige Oberflächenschicht (31 , 21) durch Honen nachbearbeitet ist.
18. Kurbelwelle mit Lagersitzen in Form von Hubzapfen für die Lagerung von Pleuelstangen und Hauptlagern für die Lagerung der Kurbelwelle gegenüber dem Motorgehäuse, wobei mindestens ein Lagersitz einen Teil einer Lagervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17 bildet, wobei dieser Lagersitz eine auf den ungehärteten Werkstoff der Kurbelwelle aufgebrachte eisenhaltige Oberflächenschicht (21) aufweist, welche mindestens folgende Zusammensetzung aufweist:
Kohlenstoff = 0.1% bis 1.5% Gewichtsprozent
Mangan = 0.1% bis 8% Gewichtsprozent
Schwefel = 0.1% bis 2% Gewichtsprozent
Kupfer = 0.1% bis 12% Gewichtsprozent
Eisen = Differenz auf 100% Gewichtsprozent.
19. Kurbelwelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (21) eine Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 4 bis 11 aufweist.
20. Kurbelwelle nach den Ansprüchen 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass alle Hubzapfen und alle Hauptlager der Kurbelwelle mit der Oberflächenschicht (21) versehen sind und der Kurbelwellenkörper frei von Ölkanalbohrungen ist.
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