WO2016029235A1 - Gleitlagerelement - Google Patents

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WO2016029235A1
WO2016029235A1 PCT/AT2015/050205 AT2015050205W WO2016029235A1 WO 2016029235 A1 WO2016029235 A1 WO 2016029235A1 AT 2015050205 W AT2015050205 W AT 2015050205W WO 2016029235 A1 WO2016029235 A1 WO 2016029235A1
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WO
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elevations
bearing element
sliding bearing
layer
further layer
Prior art date
Application number
PCT/AT2015/050205
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jakob Zidar
Original Assignee
Miba Gleitlager Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Miba Gleitlager Gmbh filed Critical Miba Gleitlager Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/14—Special methods of manufacture; Running-in
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2231/00—Running-in; Initial operation

Definitions

  • the invention relates to a sliding bearing element having a sliding bearing element body which has a width in the axial direction and an inner diameter and which comprises a support layer and at least one further layer, wherein the at least one further layer has a surface, and wherein a plurality of elevations are formed on this surface , Furthermore, the invention relates to a method for producing this sliding bearing element.
  • the inlet of a plain bearing represented a phase of increased risk of failure.
  • a radial plain bearing without special edge formation such as a so-called roof edge, in which the edge are broken
  • especially the side edges constitute a vulnerable area.
  • a special edge training made this danger can not be completely ruled out.
  • the measures for avoiding the inlet problems of the sliding bearing concern the improvement of the oil supply, for example by grooves or empty grooves.
  • the present invention is based on the object to reduce the risk of seizure of a sliding bearing during the break-in phase.
  • the object of the invention is achieved on the one hand with the above sliding bearing element, in which the elevations have a height which is at least 0.0008% and a maximum of 0.08% of the inner diameter of the Gleitlagerelement stressess, and on the other hand in the aforementioned method for producing the sliding bearing element, according to which the elevations are produced with a height which is at least 0.0008% and at most 2% of the inner diameter of the plain bearing element body, in particular at least 4 ⁇ m and a maximum of 400 ⁇ m.
  • a sliding element comprising a base material, an intermediate layer made of a lead-free metal on the base material, and a coating of Bi or a lead-free Bi alloy on the intermediate layer.
  • the grains in the coating in this case have a columnar habit, which is elongated along a thickness direction of the coating.
  • the bismuth or bismuth alloy having such a crystal orientation exhibits a fine stable sliding surface on which protrusions are formed in the shape of a triangular pyramid or a quadrangular pyramid. This is to keep oil better on the surface, whereby their oil wettability and their
  • Non-stick property can be improved.
  • the load-bearing capacity of the coating itself is improved by the correspondingly oriented grains of the coating. Accordingly, the projections are relatively small.
  • an additional support of the sliding partner so for example a shaft achieved. As a result, exposed areas of the plain bearing which are at risk of overloading are temporarily partially relieved of load.
  • the elevations have a width measured at half the height of the elevations, at least 0.001% and at most 5% of the width of Gleitlagerelement stresses, in particular at least 5 ⁇ and a maximum of 500 ⁇ , is, and / or that the surveys are at least 0.05 times and not more than 100 times the width of the surveys, and / or that the surveys have a total area measured at half the height of the surveys, which is between 1.10 " 6 times and 1.10 "2 times the total surface area.
  • the elevations have a relatively small width and / or length (within the stated ranges), in particular if they are aligned in the direction of rotation of the sliding partner, their adaptation wear is limited. The risk of failure of the sliding bearing element can thus be further reduced.
  • the sliding bearing element can be provided that the elevations have a rectangular or trapezoidal or triangular or semi-circular cross-section.
  • elevations are arranged in mutually offset rows. By the displacement, an improved support of the sliding partner can be achieved even with small-scale elevations.
  • the rows have a periodicity of at least five, i. that the position of the elevations of the first row is repeated only in the fifth, tenth, etc. row following the first row.
  • the surface coverage of the surface of the at least one further layer with the elevations in the region of side edges of Gleitlagerelement stressess may be greater than in a central region of the surface. It can thus be distributed over the load in the edge area on more surveys, whereby the running-in phase can be further extended.
  • At least part of the elevations may consist of the material of the at least one further layer. It can thus be improved, the binding strength of the surveys on the at least one further layer. In addition, it can thus be achieved that, after the running-in phase, the at least one further layer on which the sliding partner slides during operation comes into contact with the same material over its entire surface.
  • At least some of the elevations may consist of a material which is different from the material of the at least one further layer in order to be able to better or purposefully adapt the course of wear of the elevations during the running-in of the plain bearing element.
  • the material of the at least one further layer and / or the material which is different from the material of the at least one further layer contains or contains at least one solid lubricant. It can thus be reduced, the friction coefficient of the sliding pair, whereby even with at least partial tearing of the oil film by the respective material provided a certain basic lubricity and thus the safe passage through the running-in phase can be further improved.
  • At least partially a further material having a layer thickness of at least partially on the surface of the at least one further layer between the elevations be applied half the height of the surveys. It can thus better prevent premature failure of the surveys as a result of an overload.
  • the surveys are made of at least two different materials. It is thus possible, in particular if, according to an embodiment variant, a part of the elevations consists of a material which has a higher hardness than the material of which the remaining elevations are made, the elevations better to the different loads during the running of the Adjust sliding bearing element.
  • the wear behavior of the elevations can thus be adapted so that after the break-in phase, no elevations are present on the surface of the at least one further layer, resulting in a sliding bearing element that has a sliding surface corresponding to a sliding bearing element known from the prior art.
  • Fig. 1 shows a variant of a sliding bearing element in side view
  • Fig. 2 is a plain bearing in cross-section according to the prior art
  • Fig. 3 is a slide bearing in cross section with a sliding bearing element according to the invention.
  • Fig. 4 different variants of elevations cut in side view
  • Fig. 5 different embodiments of elevations in plan view
  • Fig. 7 variants of elevations in front view of the sliding bearing element
  • Fig. 8 further variants of elevations from a section of the sliding bearing element in front view.
  • This has a sliding bearing element body 2.
  • the slide bearing element body 2 comprises a support layer 3 and a further layer 4 arranged thereon or consists of the support layer 3 and the further layer 4 connected thereto.
  • the sliding bearing element body 2 can also have additional layers, for example a bearing metal layer 5, which is located between the Further layer 4 and the support layer 3 is arranged, and / or an inlet layer 6 on the further layer 4. Between at least two of the layers of the sliding bearing element 1, at least one diffusion barrier layer and / or at least one bonding layer can be arranged.
  • the sliding bearing element 1 forms together with at least one other sliding bearing element - depending on the structural design can also be present more than another sliding bearing element - a sliding bearing.
  • the upper sliding bearing element in the installed state is preferably formed by the sliding bearing element 1 according to the invention. But there is also the possibility that at least one of the at least one further sliding bearing elements is formed by the sliding bearing element 1 according to the invention.
  • the sliding bearing element 1 is designed as a plain bearing bush, as indicated by dashed lines in Fig. 1.
  • the sliding bearing element 1 is also the sliding bearing.
  • the sliding bearing element 1 is intended for use in the engine industry or in engines.
  • a sliding bearing 7 is shown according to the prior art.
  • the sliding bearing 7 is a component 8, for example, a shaft mounted.
  • the sliding bearing is loaded with a force F.
  • the component 8 bends, as shown exaggeratedly in FIG. 2, and rests against the upper half of the plain bearing only at its edges 10, 11.
  • the edges 10, 11 thereby form zones with extremely high load in the break-in phase of the sliding bearing 7, so before the slide bearing half-shell by material removal has adapted to the component 8, since the further component 8 between the edges 10, 11 is no longer applied to the upper plain bearing half shell.
  • Fig. 3 the sliding bearing 7 is shown with the sliding bearing element 1 according to the invention.
  • a plurality of elevations 13 are formed or arranged.
  • the further component 8 bends.
  • the further component 8 in the plain bearing element 1 according to the invention does not abut only against the edges 10, 11 of the sliding bearing element 1, but also at the elevations 13, which are arranged between the edges 10, 11.
  • the load acting on the slide bearing 7 is distributed better and the load on the edges 10, 11 is reduced.
  • the problems described above in the region of the edges 10, 11 can be better avoided by the high load of the sliding bearing 7 in the running-in phase, whereby the risk of spontaneous failure of the sliding bearing 7 can be significantly reduced.
  • the elevations 13 wear (in addition to the rounding or flattening of the edges 10, 11) completely or partially due to the adaptation of the sliding bearing 7 to the component 8.
  • this does not matter because the said adjustment is completed after the break-in phase, and thus the elevations 13 are no longer needed.
  • residues of the elevations 13 are still present, they can act positively on the lubrication of the sliding bearing 7 assets by an improved lubricant retention.
  • elevations 13 are arranged directly adjacent to the edges 10, 11 or directly thereafter. As indicated by dashed lines in FIG. 3, the possibility also exists within the scope of the invention that the edges 10, 11 are designed, for example, as roof edges 14.
  • Fig. 4 a plurality of different embodiments of the elevations 13 are shown.
  • the elevations 14 have a height 15 which is at least 0.0008% and at most 2% of an inner diameter 16, in particular at least 0.008% and at most 0.8% of the inner diameter 16 (FIG. 1) of the sliding bearing element body 2.
  • the height 15 is the distance between the surface 12 of the at least one further layer 4 and the farthest point of the elevations 15 of this surface 12th
  • the inner diameter 16 is defined as the diameter of the sliding bearing 7 or of the sliding bearing element 1 on the surface 12 of the at least one further layer 4, that is to say as the
  • the elevations 13, in particular regardless of previous statements on the relative value of the height 15, have a height 15 which is at least 4 ⁇ and at most 400 ⁇ , preferably at least 10 ⁇ and highest Half of the bearing game.
  • the bearing clearance is according to the technical language of the difference of the inner diameter, ie in particular the inner diameter 16 of the sliding bearing 7 and the sliding bearing element 1 and the outer diameter of the other component 8, ie in particular a shaft.
  • the elevations 13 can all have the same or at least approximately the same height 15 within the scope of the manufacturing tolerances. But it is also possible that the elevations 13 have a mutually different height 15.
  • first elevations 13 may have a first height 15 and second elevations a second height 15, wherein the first height 15 is smaller than the second height 15.
  • the elevations 13 are arranged with the smaller height 15 in the region of the edges 10, 11 and the elevations 13 are arranged with the greater height 15 in the central region of the surface 12 of the layer 4 and between the elevations 13 with the lower height 14.
  • the elevations 13 - viewed in end view of the sliding bearing element 1 as shown in FIG. 3 - have a height gradient, wherein the height 15 of the elevations 13 increases from the edge 10 toward the central region and from the central region in the direction of the second edge 11, which is the first in an axial direction 17 (Fig. 3) opposite, decreases again.
  • the arrangement or formation of elevations 13 with greater height 15 in the central region of the sliding bearing element 1, a better support of the component 8 can be achieved during the running-in phase.
  • the elevations 13 are arranged on the radially innermost layer of the sliding bearing element 1, in particular on the layer 4, and project beyond this in the radial direction inwardly, as shown in FIG. 3 can be seen.
  • the elevations 13 have a width 18 which is at least 0.001% and at most 5% of a width 19 (FIG. 3) of the sliding bearing element body 1 - viewed in the axial direction 17.
  • the elevations 13 have a width 19 of at least 10 ⁇ m and a maximum of 100 ⁇ m.
  • the width 18 is measured at half the height 15 of the elevations 13th
  • first elevations 13 may have a first width 18 and second elevations a second width 18, wherein the first width 18 is smaller than the second width 18.
  • the elevations 13 are arranged with the smaller width 18 in the region of the edges 10, 11 and the elevations 13 with the greater width 18 are arranged in the middle region of the surface 12 of the layer 4 and between the elevations 13 with the smaller width 18.
  • the elevations 13 - viewed in end view of the sliding bearing element 1 as shown in FIG.
  • the elevations 13 may have a semicircular, a round, a rectangular or a square (as indicated by dashed lines in FIG. 3), a triangular or trapezoidal (as likewise shown in FIG. 3 is indicated by dashed lines) have cross section.
  • the cross section of the elevations is based on the direction of the circumference of the sliding bearing element. 1
  • elevations 13 are possible within the scope of the invention, for example, a completely irregular cross-section or a pentagonal, etc.
  • About the cross-sectional shape of the elevations 13 can also be influenced the duration of the run-in phase, for example, elevations 13th wear with triangular cross section faster than elevations 13 with rectangular cross-section.
  • the sliding bearing element 1 with different cross sections of the elevations 13 possible.
  • elevations 13 with triangular and / or semicircular elevations and in the middle region of the surface 12 of the layer 4 of the slide bearing element body 2 can be arranged or formed with elevations of rectangular cross section.
  • Other combinations of different cross-sectional shapes are also possible.
  • FIG. 5 further embodiments of the elevations 13 are shown on the layer 4 in plan view.
  • the elevations 13 may have a maximum length 20 of at least 0.05 times and at most 100 times the width 18 of the elevations 13.
  • the length 20 of the protrusions 13 is selected from a range of 0.5 times to 2 times the width 18 of the protrusions 13.
  • the length 20 of the elevations 13 is measured in the circumferential direction of the sliding bearing element body 2.
  • first elevations 13 may have a first length 20 and second elevations a second length 20, the first length 20 being shorter than the second length 20.
  • the elevations 13 having the smaller length 20 are in the region of the edges 10, 11 arranged and the elevations 13 are arranged with the greater length 20 in the central region of the surface 12 of the layer 4 and between the elevations 13 with the shorter length 20.
  • the elevations 13 - in front view of the sliding bearing element. 1 3 the length 20 of the elevations 13 increases from the edge 10 towards the central region and from the central region towards the second edge 11, that of the first in an axial direction 17 (FIG. 3) is opposite, again decreases.
  • FOG. 3 axial direction
  • the elevations 13 can have a rod-shaped or strip-shaped, or an irregular, or a cube-shaped, or said semicircular, or an oval shape-viewed in plan view. Again, other shapes of the elevations 13 are also possible here, in particular in combination with the above statements on the cross-sectional shape of the elevations 13.
  • FIG. 6 various embodiments of the arrangement of elevations 13 on the surface 12 of the layer 4 can be seen. Shown is a section of the surface 12 in plan view of the layer 4, wherein the vertical extent of the layer 4 whose width 19 and consequently the horizontal extent, the circumferential direction of the sliding bearing element 1 represents.
  • elevations 13 are shown in FIG. 6 for reasons of clarity, the following explanations can generally be applied to elevations 13 according to the invention.
  • the elevations 13 are preferably arranged in rows and columns.
  • the rows and columns can not be formed offset with respect to each other, so that the elevations 13 occupy the vertices of a quadrangle.
  • the elevations 13 occupy the vertices of a hexagon, as indicated in Fig. 6.
  • the hexagon can be formed with side edges of equal length or have a longitudinal extent in the direction of the width 19 or preferably in the circumferential direction.
  • the sliding bearing element 1 can be provided that the rows - in the circumferential direction of the sliding bearing element 1 considered - have a periodicity of at least five, as is also shown in Fig. 6. It is meant that the position of the surveys 13 at the earliest in the sixth row again corresponds to that of the first row.
  • the periodicity may also be greater than five, for example six or seven or eight, so that the illustration in FIG. 6 is not intended to be limiting. But there are also other than the pattern shown in Fig. 6, the elevations 13 possible - although these are preferred. For example, the elevations 13 may also occupy the vertices of a regular or irregular octagon.
  • the elevations 13 are arranged or formed completely irregularly distributed over the surface 12 of the layer 4.
  • the sliding element 1 is provided that all arranged on the surface 12 of the layer 4 or surveys 13 have a total area, measured at half the height of the elevations, the see between 1.10 "6 times and 1.10 " second times the total surface area, as stated above.
  • the total area is about 1.10 "4 times the total area of the surface.
  • a further embodiment of the arrangement of the elevations 13 on the surface 12 of the layer 4 of the sliding element 1 is shown.
  • the surface coverage of the surface 12 of the at least one further layer 4 with the elevations 13 in the region of the edges 10, 11 of the sliding bearing element body 2 is greater than in a central region 21 of the surface 12.
  • the surface coverage in the region of the edges 10, 11 can be 1.2 times to 5 times higher than the middle range 21.
  • the area occupancy of the elevations 13 in a portion of the central region 21 is higher than in other areas of the furnacel2, as indicated in Fig. 7 by elevations 13 shown by dashed lines. But there are also other embodiments of areas with a to at least one other area of the surface 4 denser area occupancy of the elevations 13 possible.
  • At least part of the elevations 13 may consist of the material of the at least one further layer 4.
  • all elevations 13 may be formed from the material of the layer 4, that is, for example, a material for a sliding layer of a sliding bearing element. Such materials, in particular metal alloys, are known from the prior art.
  • At least some of the elevations 13 can consist of a material which is different from the material of the at least one further layer 4, as shown in FIG. 8 by means of an embodiment variant. At least some of the elevations 13 consist of a first material 22 and a second material 23 arranged thereon. The two materials 22 and 23 are shown separately in FIG. 8 by a dashed line. At least one or all elevations 13 can therefore be made of at least two different materials 22, 23.
  • the first material 22 can again be the material of which the layer 4 consists.
  • the second material 23 is preferably a metal, a metal alloy or a polymer.
  • the elevations 13 as such are each made of a single material, but on the surface 12 of the layer 4 at least two elevations 13 are arranged, which consist of mutually different materials 22, 23.
  • a first series of elevations 13 made of the first material 22 and a second series of elevations 13 may be made of the second material 23.
  • elevations 13 may be made of a different material to the material of the layer 4.
  • At least some or all of the elevations 13 at least partially or entirely to a microhardness of at least 25 HV 0.02 and 110 HV at most 0.02.
  • the protrusions 13 are at least partially or wholly made of a tin-based alloy or an aluminum-based alloy or a synthetic polymer or a combination thereof.
  • the elevations 13 may be made of a material or the material 22 and / or the material 23 may be made, the at least one solid lubricant such as M0S 2 , graphite or hex. -BN, contains.
  • the proportion of the at least one solid lubricant to the material may be between 1 wt .-% and 15 wt .-% or between 15 wt .-% and 65 wt .-% in the case of a synthetic polymer amount.
  • FIG. 7 Dashed line is shown in Fig. 7 that on the surface 12 of at least one further layer 4 between the elevations 13 at least partially another material with a layer thickness of at most half the height of the elevations 13 may be applied.
  • this material may be a material from which inlet layers 6 (FIG. 1) known from the prior art for sliding bearings are manufactured.
  • FIG. 7 this further layer does not level the elevations 13, so that the latter still protrude radially inwards over the surface of this further layer.
  • the elevations 13 can, with the aid of a mask, on the surface 12 of the
  • Layer 4 is launched, are produced.
  • the mask has corresponding openings at the locations where the elevations 13 are to be formed. After the deposition or arrangement of the at least one material for the elevations 13 on the Layer, the mask is removed again, so remain on the surface 12, the surveys.
  • the application of the material for the elevations 13 through the mask can be carried out by methods known from the prior art. It is also possible, the elevations galvanically without mask on the surface 12 of the
  • Layer 4 to be separated For this purpose, an electrolyte-flowed needle can be brought to the surface 12. Due to the high flow velocity, increased separation occurs in the area of the needle.
  • the anode can also be placed in the needle, whereby the elevations 13 only form directly under the needle, so that the elevations 13 can be placed more precisely.
  • a targeted rough deposition is possible.
  • a colloidal metal in particular colloidal copper, or metal nanoparticles, in particular copper nanoparticles, or metal microparticles, in particular copper microparticles, can be dispersed in an electrolyte. Since copper is conductive, upon contact of the copper particle with the surface, formation of the elevations 13 occurs upon deposition of the layer 4 on the support layer 3 or the bearing metal layer 5 (FIG. 1).
  • FIGS. 3 to 8 The embodiments of the plain bearing element 1 or elevations 13 illustrated in FIGS. 3 to 8 can, if appropriate, each be independent embodiments of the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement (1) mit einem Gleitlagerelementkörper (2) der eine Breite (19) in axialer Richtung (17) und einen Innendurchmesser (16) aufweist und der eine Stützschicht (2) und zumindest eine weitere Schicht (4) umfasst, wobei die zumindest eine weitere Schicht (4) eine Oberfläche (12) aufweist, und wobei auf dieser Oberfläche (12) mehrere Erhebungen (13) ausgebildet sind. Die Erhebungen (13) weisen eine Höhe (18) auf, die mindestens 0,0008 % und maximal 2 % des Innendurchmessers (16) des Gleitlagerelementkörpers (2) beträgt.

Description

Gleitlagerelement
Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement mit einem Gleitlagerelementkörper der eine Brei- te in axialer Richtung und einen Innendurchmesser aufweist und der eine Stützschicht und zumindest eine weitere Schicht umfasst, wobei die zumindest eine weitere Schicht eine Oberfläche aufweist, und wobei auf dieser Oberfläche mehrere Erhebungen ausgebildet sind. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Gleitlagerelementes. Der Einlauf eines Gleitlagers stellte eine Phase erhöhten Versagensrisikos dar. Bei einem Radialgleitlager ohne spezielle Kantenausbildung (wie beispielsweise eine so genannte Dachkante, bei der die Kante gebrochen sind) stellen speziell die Seitenkanten einen überlastungs- gefährdeten Bereich dar. Doch selbst wenn eine spezielle Kantenausbildung vorgenommen wird, kann diese Gefährdung nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Im Zuge des Einlaufens des Gleitlagers, also am Beginn des„Gleitlagerlebens", kommt es zu einer Abrundung der Seitenkanten und einer dadurch wesentlich gleichmäßigeren Lastverteilung in der Lagerung, wodurch die Problematik dieser überlastungsgefährdeten Bereiche im Normalfall weitestgehend verschwindet. Mit anderen Worten ausgedrückt muss also das Gleitlager diese Einlaufphase überstehen, um zu einem Normalbetrieb mit einer im Wesentlichen gleichmäßigeren Lastverteilung zu gelangen.
Um den geschilderten Problemen während des Einlaufens eines Gleitlagers Herr zu werden, werden im Stand der Technik verschiedene Lösungen angeboten. Einerseits betreffen diese die Verbesserung der Anlage des Gleitlagers an die Welle, beispielsweise durch Konturboh- rungen (so genannte Blended-edges) oder durch die voranstehend erwähnten Dachkanten.
Ebenso wird versucht die Anlage des Gleitlagers an die Welle dadurch zu verbessern, indem die Welle mit einem Zapfenschliff versehen wird, wodurch die Welle im Bereich der Anlage an das Gleitlager mit eine Balligkeit aufweist. Weiter sind spezielle Einlaufbe Schichtungen bekannt.
Andererseits betreffen die Maßnahmen zur Vermeidung der Einlaufprobleme des Gleitlagers die Verbesserung der Ölversorgung, beispielsweise durch Nuten oder Leerrillen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Risiko des Festfressens eines Gleitlagers während der Einlaufphase zu reduzieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird einerseits mit dem voranstehend Gleitlagerelement gelöst, bei dem die Erhebungen eine Höhe aufweisen, die mindestens 0,0008 % und maximal 0,08 % des Innendurchmessers des Gleitlagerelementkörpers beträgt, und andererseits bei dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung des Gleitlagerelements, nach dem die Erhebungen mit einer Höhe hergestellt werden, die mindestens 0,0008 % und maximal 2 % des Innendurchmessers des Gleitlagerelementkörpers, insbesondere mindestens 4 μιη und maximal 400 μπι, beträgt.
Erhebungen an sich, die auf Gleitflächen ausgebildet sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt z.B. die DE 60 2006 000 573 T3 ein Gleitelement umfassend ein Grundmaterial, eine Zwischenschicht aus einem bleifreien Metall auf dem Grundmaterial, und eine Beschichtung aus Bi oder einer bleifreien Bi-Legierung auf der Zwischenschicht. Die Körner in der Beschichtung weisen dabei einen säulenartigen Habitus, der entlang einer Dickenrichtung der Beschichtung länglich ist. Das Bismut oder die Bismutlegierung mit einer solchen Kristallausrichtung zeigen eine feine stabile Gleitoberfläche, auf welcher Vorsprünge in der Form einer dreieckigen Pyramide oder einer viereckigen Pyramide ausgebildet sind. Dadurch soll Öl besser auf der Oberfläche halten, wodurch deren Ölbenetzbarkeit und ihre
Antihafteigenschaft verbessert werden. Die Tragfähigkeit selbst der Beschichtung wird durch die entsprechend orientierten Körner der Beschichtung verbessert. Dementsprechend sind die Vorsprünge relativ klein. Zum Unterschied dazu wird mit den Erhebungen nach der Erfindung eine zusätzliche Unterstützung des Gleitpartners, also beispielsweise einer Welle, erreicht. Dadurch werden exponierte, überlastungsgefährdete Bereiche des Gleitlagers vorübergehend teilentlastet.
Üblicherweise wird bei Gleitlagern versucht, die Einlaufphase möglichst kurz zu halten bzw. so weit wie möglich zu verkürzen, d.h. dass das Gleitlager bereits nach einer relativen kurzen Zeit an die Oberfläche des Gleitpartners angepasst ist. Die Erfindung beschreitet den genau entgegengesetzten Weg, indem nämlich die Einlaufphase durch die vorübergehende Teilentlastung der überlastungsgefährdeten Bereiche des Gleitlagers verlängert wird. Durch diese Teilentlastung und die Verlängerung der Einlaufphase kann der Energieeintrag in diese überlastgefährdeten Bereiche, insbesondere in die Kantenbereiche, reduziert werden. Dies führt in der Folge zu einer Reduktion des Versagensrisikos im Einlauf, da durch die Verzögerung des Kantenverschleißes des Gleitlagerelementes das Risiko einer Überlastung mit Abriss des Schmierfilms und Verschweißung der Gleitpartner stark reduziert werden kann.
Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann gemäß weiteren Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes vorgesehen sein, dass die Erhebungen eine Breite aufweisen, gemessen auf einer halben Höhe der Erhebungen, die mindestens 0,001 % und maximal 5 % der Breite des Gleitlagerelementkörpers, insbesondere mindestens 5 μιη und maximal 500 μιη, beträgt, und/oder dass die Erhebungen eine Länge von mindestens 0,05-mal und höchstens 100-mal der Breite der Erhebungen aufweisen, und/oder dass die Erhebungen eine Gesamtfläche aufweisen, gemessen auf halber Höhe der Erhebungen, die zwischen 1.10"6-mal und 1.10"2-mal der Gesamtfläche der Oberfläche beträgt.
Nachdem die Erhöhungen damit (innerhalb der angegebenen Bereiche) eine relativ geringe Breite und/oder Länge aufweisen, insbesondere wenn diese in Umlaufrichtung des Gleitpartners ausgerichtet sind, ist deren Anpassungsverschleiß begrenzt. Das Versagensrisiko des Gleitlagerelementes kann damit weiter reduziert werden.
Überraschenderweise wurde im Zuge der Tests festgestellt, dass bereits ein geringer Flächenanteil von 1.10"6 der Gesamtfläche der Oberfläche eine Reduktion des Kantendruckes bei Belastung des eingebauten Gleitlagerelementes bewirken kann. Begründet ist dies durch den schnell einsetzenden Verschleiß der Erhebungen während des Einlaufs des Gleitlagerelemen- tes und der dadurch erhöhten Tragflächenzunahme, sowie der bis dahin bereits auftretenden Zunahme der Kantenbelastungsfläche. Wenn andererseits der Flächenanteil größer als 1.10" der Gesamtfläche der Oberfläche ist, kann es zu einer Störung des Ölfilms kommen. Zudem wird durch den Kontakt der Erhebungen mit dem Gleitpartner auch die Reibung erhöht. Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen einen rechteckigen oder trapezförmigen oder dreieckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere mit den trapezförmigen oder dreieckigen oder halbkreisförmigen Querschnitten kann ein rascher Verschleiß der Erhebungen und damit eine Zunahme der Tragfläche während des Einlaufs des Gleitlagerelementes erreicht bzw. verbessert werden. Andererseits wird mit einem rechteckförmigen Querschnitt eine einfachere Herstellbarkeit der Erhebungen erreicht, indem diese beispielsweise unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Maske auf die Oberfläche der zumindest einen weiteren Schicht aufgebracht werden können.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Erhebungen in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind. Durch die Versetzung kann eine verbesserte Abstützung des Gleitpartners auch mit kleinflächigen Erhebungen erreicht werden.
Zur weiteren Verbesserung dieses Effektes kann vorgesehen sein, dass in Gleitrichtung die Reihen eine Periodizität von mindestens fünf aufweisen, d.h. dass die Lage der Erhebungen der ersten Reihe erst wieder in der auf die erste Reihe folgenden fünften, zehnten, etc. Reihe wiederholt wird.
Zur besseren Abstützung des besonders überlastgefährdeten Kantenbereichs des Gleitlagerelementes während der Einlaufphase kann die Flächenbelegung der Oberfläche der zumindest einen weiteren Schicht mit den Erhebungen im Bereich von Seitenkanten des Gleitlagerelementkörpers größer sein, als in einem Mittenbereich der Oberfläche. Es kann damit die Belastung im Kantenbereich auf mehr Erhebungen verteilt werden, wodurch die Einlaufphase weiter verlängert werden kann.
Zumindest ein Teil der Erhebungen kann aus dem Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht bestehen. Es kann damit die Bindefestigkeit der Erhebungen auf der zumindest einen weiteren Schicht verbessert werden. Zudem kann damit erreicht werden, dass nach der Einlaufphase die zumindest eine weitere Schicht, auf der der Gleitpartner im Betrieb abgleitet, über deren gesamte Oberfläche mit dem gleichen Werkstoff in Kontakt kommt.
Andererseits kann aber zumindest ein Teil der Erhebungen aus einem zum Werkstoff der zu- mindest einen weiteren Schicht unterschiedlichen Werkstoff bestehen, um damit den Verschleißverlauf der Erhebungen während des Einlaufens des Gleitlagerelementes besser bzw. gezielt anpassen zu können. Nach einer Ausführungsvariante der beiden zuletzt genannten Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes kann vorgesehen sein, dass der Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht und/oder der Werkstoff, der zu dem Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht unterschiedlich ist, zumindest einen Festschmierstoff enthält oder enthalten. Es kann damit der Reibkoeffizient der Gleitpaarung reduziert werden, wodurch selbst bei einem zumindest teilweisen Abreißen des Ölfilms durch den jeweiligen Werkstoff eine gewisse Grundschmierfähigkeit zur Verfügung gestellt und damit das sichere Durchlaufen der Einlaufphase weiter verbessert werden kann. Zur besseren Verankerung der Erhebungen auf der zumindest einen weiteren Schicht und um eine Durch- bzw. Verbiegung der Erhebungen unter Last besser vermeiden zu können, kann auf der Oberfläche der zumindest einen weiteren Schicht zwischen den Erhebungen zumindest teilweise ein weiterer Werkstoff mit einer Schichtstärke von maximal der halben Höhe der Erhebungen aufgebracht sein. Es kann damit einem vorzeitigen Ausfall der Erhebungen in Folge einer Überlast besser vorgebeugt werden.
Es ist weiter möglich, dass die Erhebungen aus zumindest zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt sind. Es ist damit möglich, insbesondere wenn gemäß einer Ausführungsvariante dazu ein Teil der Erhebungen aus einem Werkstoff besteht, der einen eine höhere Härte auf- weist, als der Werkstoff aus dem die restlichen Erhebungen bestehen, die Erhebungen besser an die unterschiedlichen Belastungen während des Einlaufens des Gleitlagerelementes anzupassen. Das Verschleißverhalten der Erhebungen kann damit so angepasst werden, dass nach der Einlaufphase keine Erhebungen mehr auf der Oberfläche der zumindest einen weiteren Schicht vorhanden sind, und daraus ein Gleitlagerelement resultiert, dass eine Gleitfläche ent- sprechend einem aus dem Stand der Technik bekannten Gleitlagerelement aufweist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Ausführungsvariante eines Gleitlagerelementes in Seitenansicht; Fig. 2 eine Gleitlagerung im Querschnitt nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine Gleitlagerung im Querschnitt mit einem Gleitlagerelement nach der Erfindung;
Fig. 4 verschiedene Ausführungsvarianten von Erhebungen in Seitenansicht geschnitten;
Fig. 5 verschiedene Ausführungsvarianten von Erhebungen in Draufsicht;
Fig. 6 verschiedene Ausführungsvarianten von Anordnungen von Erhebungen in Draufsicht;
Fig. 7 Ausführungsvarianten von Erhebungen in Stirnansicht des Gleitlagerelementes;
Fig. 8 weitere Ausführungsvarianten von Erhebungen aus einem Ausschnitt des Gleitlagerelementes in Stirnansicht.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist ein zumindest teilweise metallisches, insbesondere metallisches, Gleitlagerelement 1, insbesondere ein Radialgleitlagerelement, in Seitenansicht dargestellt. Dieses weist einen Gleitlagerelementkörper 2 auf. Der Gleitlagerelementkörper 2 umfasst eine Stützschicht 3 und eine darauf angeordnete weitere Schicht 4 bzw. besteht aus der Stützschicht 3 und der damit verbundenen weiteren Schicht 4.
Wie aus Fig. 1 strichliert angedeutet zu ersehen ist, kann der Gleitlagerelementkörper 2 auch zusätzliche Schichten aufweisen, beispielsweise eine Lagermetallschicht 5, die zwischen der weiteren Schicht 4 und der Stützschicht 3 angeordnet ist, und/oder eine Einlaufschicht 6 auf der weiteren Schicht 4. Zwischen zumindest zwei der Schichten des Gleitlagerelementes 1 können auch zumindest eine Diffusionssperrschicht und/oder zumindest eine Bindeschicht angeordnet sein.
Da der prinzipielle Aufbau derartiger Mehrschichtgleitlagerelemente aus dem Stand der Technik bekannt ist, sei bezüglich Einzelheiten des Schichtaufbaus auf die einschlägige Literatur dazu verwiesen. Ebenso sind die verwendeten Werkstoffe, aus denen die einzelnen Schichten bestehen, aus dem Stand der Technik bekannt, und sei daher bezüglich dieser auf die einschlägige Literatur verwiesen.
Das Gleitlagerelement 1 bildet zusammen mit zumindest einem weiteren Gleitlagerelement - je nach konstruktivem Aufbau kann auch mehr als ein weiteres Gleitlagerelement vorhanden sein - ein Gleitlager aus. Dabei ist bevorzugt das im eingebauten Zustand obere Gleitlagerelement durch das Gleitlagerelement 1 nach der Erfindung gebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass zumindest eines der zumindest einen weiteren Gleitlagerelemente durch das Gleitlagerelement 1 nach der Erfindung gebildet wird.
Es ist weiter möglich, dass das Gleitlagerelement 1 als Gleitlagerbuchse ausgebildet ist, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. In diesem Fall ist das Gleitlagerelement 1 gleichzeitig das Gleitlager. Insbesondere ist das Gleitlagerelement 1 zur Verwendung in der Motorenindustrie bzw. in Motoren vorgesehen.
In Fig. 2 ist ein Gleitlager 7 nach dem Stand der Technik dargestellt. In dem Gleitlager 7 ist ein Bauteil 8, beispielsweise ein Welle, gelagert. Wie mit einem Pfeil 9 angedeutet, ist das Gleitlager mit einer Kraft F belastet. Dadurch verbiegt sich das Bauteil 8, wie dies in Fig. 2 übertrieben dargestellt ist, und liegt an der oberen Gleitlagerhalbschale nur mehr an dessen Kanten 10, 11 an. Die Kanten 10, 11 bilden dadurch Zonen mit extrem hoher Belastung in der Einlaufphase des Gleitlagers 7, also bevor sich die Gleitlagerhalbschale durch Materialabtrag an das Bauteil 8 angepasst hat, da das weitere Bauteil 8 zwischen den Kanten 10, 11 nicht mehr an der oberen Gleitlagerhalbschale anliegt. Durch diese hohe Belastung der Kanten 10, 11 besteht das Risiko, dass es durch Mischreibung und Festkörperreibung bei einem zu geringen oder fehlenden Schmierspalt zu einer Verschweißung der Gleitlagerhalbschale mit dem Bauteil 8 kommt. Dies kann in weiterer Folge zu einem Spontanversagen der Lagerung durch Verreiben oder Festfressen führen.
In Fig. 3 ist das Gleitlager 7 mit dem Gleitlagerelement 1 nach der Erfindung dargestellt. Auf einer Oberfläche 12 der weiteren Schicht 4, die insbesondere die Gleitschicht des Gleitla- gerelementes 1 bildet, und über diese verteilt sind mehrere Erhebungen 13 ausgebildet bzw. angeordnet. Hinsichtlich weiterer Details zu den Erhebungen 13 sei auf nachfolgende Ausführungen verwiesen.
Durch die Belastung des Gleitlagers 7 gemäß Pfeil 9 verbiegt sich das weitere Bauteil 8. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegt das weitere Bauteil 8 bei dem Gleitlagerelement 1 nach der Erfindung aber nicht nur an den Kanten 10, 11 des Gleitlagerelements 1 an, sondern auch an den Erhebungen 13, die zwischen den Kanten 10, 11 angeordnet sind. Dadurch wird die auf das Gleitlager 7 einwirkende Last bessert verteilt und die Belastung der Kanten 10, 11 reduziert. Dadurch können die voranstehend beschriebenen Probleme im Bereich der Kanten 10, 11 durch die hohe Belastung des Gleitlagers 7 in der Einlaufphase besser vermieden werden, wodurch die Gefahr des Spontanversagens des Gleitlagers 7 deutlich reduziert werden kann.
Während des Einlaufens des Gleitlagers 7 verschleißen die Erhebungen 13 (zusätzlich zur Abrundung bzw. Abflachung der Kanten 10, 11) aufgrund der Anpassung des Gleitlagers 7 an das Bauteil 8 ganz oder teilweise. Dies spielt aber keine Rolle, da die besagte Anpassung nach der Einlaufphase abgeschlossen ist, und somit die Erhebungen 13 nicht mehr benötigt werden. Sollten jedoch noch Reste der Erhebungen 13 vorhanden sind, können diese positiv auf die Schmierung des Gleitlagers 7 durch ein verbessertes Schmiermittelrückhalte vermögen wirken.
Es sei angemerkt das es auch möglich ist, dass Erhebungen 13 direkt an den Kanten 10, 11 bzw. unmittelbar an diese anschließend angeordnet sind. Wie in Fig. 3 strichliert angedeutet, besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die Kanten 10, 11 beispielsweise als Dachkanten 14 ausgebildet sind.
In Fig. 4 sind mehrere verschiedene Ausführungsvarianten der Erhebungen 13 dargestellt.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes 1 bzw. der Erhebungen 13 zwar bevorzugte Ausführungsvarianten sind, diese allerdings für den Umfang der Erfindung nicht beschränkend zu verstehen sind.
Generell weisen die Erhebungen 14 eine Höhe 15 auf die mindestens 0,0008 % und maximal 2 % eines Innendurchmessers 16, insbesondere mindestens 0,008 % und maximal 0,8 % des Innendurchmessers 16 (Fig. 1), des Gleitlagerelementkörpers 2 beträgt. Die Höhe 15 ist dabei die Distanz zwischen der Oberfläche 12 der zumindest einen weiteren Schicht 4 und dem am weitesten entfernten Punkt der Erhebungen 15 von dieser Oberfläche 12.
Der Innendurchmesser 16 ist definiert als der Durchmesser des Gleitlagers 7 bzw. des Gleitla- gerelements 1 an der Oberfläche 12 der zumindest einen weiteren Schicht 4, also als der
Durchmesser des Gleitlagers 7 bzw. des Gleitlagerelements 1 an der Basis der Erhebungen 13.
Wie sich im Zuge von durchgeführten Tests herausgestellt hat, ist es bevorzugt wenn die Erhebungen 13, insbesondere ungeachtet voranstehender Ausführungen zum relativen Wert der Höhe 15, eine Höhe 15 aufweisen, die mindestens 4 μιη und höchstens 400 μιη, vorzugsweise mindestens 10 μιη und höchsten der Hälfte des Lagerspiels.
Das Lagerspiel ist dabei entsprechend dem technischen Sprachgebrauch die Differenz des inneren Durchmessers, also insbesondere des Innendurchmessers 16, des Gleitlagers 7 bzw. des Gleitlagerelements 1 und dem Außendurchmesser des weiteren Bauteils 8, also insbesondere einer Welle. Die Erhebungen 13 können alle die gleiche oder im Rahmen der Fertigungstoleranzen zumindest annähernd die gleiche Höhe 15 aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Erhebungen 13 eine zueinander unterschiedliche Höhe 15 aufweisen. Beispielsweise können erste Erhebungen 13 eine erste Höhe 15 und zweite Erhebungen eine zweite Höhe 15 aufweisen, wobei die erste Höhe 15 kleiner ist als die zweite Höhe 15. Insbesondere sind die Erhebungen 13 mit der kleineren Höhe 15 im Bereich der Kanten 10, 11 angeordnet und die Erhebungen 13 mit der größeren Höhe 15 im Mittenbereich der Oberfläche 12 der Schicht 4 und zwischen den Erhebungen 13 mit der geringeren Höhe 14 angeordnet. Im Extremfall können die Erhebungen 13 - in Stirnansicht auf das Gleitlagerelement 1 wie in Fig. 3 betrachtet - einen Höhen- verlauf aufweisen, wobei die Höhe 15 der Erhebungen 13 von der Kante 10 in Richtung auf den Mittenbereich zunimmt und vom Mittenbereich in Richtung auf die zweite Kante 11, die der ersten in einer axialen Richtung 17 (Fig. 3) gegenüberliegt, wieder abnimmt. Durch die Anordnung bzw. Ausbildung von Erhebungen 13 mit größerer Höhe 15 im Mittenbereich des Gleitlagerelementes 1 kann eine bessere Abstützung des Bauteils 8 während der Einlaufphase erreicht werden .
Die Erhebungen 13 sind auf der radial innersten Schicht des Gleitlagerelementes 1, insbesondere auf der Schicht 4, angeordnet und überragen diese in radialer Richtung nach innen, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes 1 kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen 13 eine Breite 18 aufweisen, die mindestens 0,001 % und maximal 5 % einer Breite 19 (Fig. 3) des Gleitlagerelementkörpers 1 - in der axialen Richtung 17 betrachtet - beträgt. Bevorzugt weisen die Erhebungen 13, insbesondere ungeachtet der voranstehenden Ausführungen zum relativen Wert der Breite 19, eine Breite 19 von zumindest 5 μιη und von maximal 500 μιη auf. Besonders bevorzugt weisen die Erhebungen 13 eine Breite 19 von zumindest 10 μηι und von maximal 100 μιη auf.
Die Breite 18 wird dabei gemessen auf der halben Höhe 15 der Erhebungen 13.
Es ist dabei möglich, dass sämtliche Erhebungen 13 die gleiche oder im Rahmen der Fertigung stoleranzen zumindest annähernd die gleiche Breite 18 aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Erhebungen 13 eine zueinander unterschiedliche Breite 18 aufweisen. Bei- spielsweise können erste Erhebungen 13 eine erste Breite 18 und zweite Erhebungen eine zweite Breite 18 aufweisen, wobei die erste Breite 18 kleiner ist als die zweite Breite 18. Insbesondere sind die Erhebungen 13 mit der kleineren Breite 18 im Bereich der Kanten 10, 11 angeordnet und die Erhebungen 13 mit der größeren Breite 18 im Mittenbereich der Oberflä- che 12 der Schicht 4 und zwischen den Erhebungen 13 mit der geringeren Breite 18 angeordnet. Im Extremfall können die Erhebungen 13 - in Stirnansicht auf das Gleitlagerelement 1 wie in Fig. 3 betrachtet - einen Breitenverlauf aufweisen, wobei die Breite 18 der Erhebungen 13 von der Kante 10 in Richtung auf den Mittenbereich zunimmt und vom Mittenbereich in Richtung auf die zweite Kante 11, die der ersten in einer axialen Richtung 17 (Fig. 3) gegen- überliegt, wieder abnimmt. Es ist aber auch der dazu umgekehrte Breitenverlauf der Erhebungen 13 möglich.
Durch die Anpassung der Breite der Erhebungen 13 kann deren Verschleißdauer und damit die Unterstützung des Bauteils 8 während der Einlaufphase und letztendlich somit auch die Dauer der Einlaufphase beeinflusst werden, wobei breitere Erhebungen 13 eine längere Ein- laufphase bewirken.
Fig. 4 zeigt verschiedene, bevorzugte Querschnittsformen der Erhebungen 13. So können die Erhebungen 13 einen halbkreisförmigen, einen runden, einen rechteckigen oder quadratischen (wie dies in Fig. 3 strichliert angedeutet ist), einen dreieckigen oder trapezförmigen (wie dies ebenfalls in Fig. 3 strichliert angedeutet ist) Querschnitt aufweisen.
Der Querschnitt der Erhebungen ist dabei bezogen auf die Richtung des Umfanges des Gleitlagerelementes 1.
Obwohl dies eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erhebungen 13 ist, sind im Rahmen der Erfindung auch andere Querschnittsformen möglich, beispielsweise ein völlig unregelmäßiger Querschnitt oder ein fünfeckiger, etc. Über die Querschnittsform der Erhebungen 13 kann ebenfalls die Dauer der Einlaufphase beeinflusst werden, indem beispielsweise Erhebungen 13 mit dreieckigem Querschnitt schneller verschleißen als Erhebungen 13 mit rechteckförmigem Querschnitt. Es sind auch Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes 1 mit unterschiedlichen Querschnitten der Erhebungen 13 möglich. So können beispielsweise im Bereich der Kanten 10, 11 des Gleitlagerelementkörpers 2 Erhebungen 13 mit dreieckförmigem und/oder halbkreisförmigem und im Mittenbereich der Oberfläche 12 der Schicht 4 des Gleitlagerelementkör- pers 2 Erhebungen mit rechteckförmigem Querschnitt angeordnet oder ausgebildet werden. Andere Kombinationen von unterschiedlichen Querschnittsformen sind ebenfalls möglich.
In Fig. 5 sind weitere Ausführungsvarianten der Erhebungen 13 auf der Schicht 4 in Draufsicht dargestellt.
Die Erhebungen 13 können eine maximale Länge 20 von mindestens 0,05-mal und höchstens 100-mal der Breite 18 der Erhebungen 13 aufweisen. Vorzugsweise beträgt wird die Länge 20 der Erhebungen 13 ausgewählt aus einem Bereich von 0,5-mal bis 2-mal der Breite 18 der Erhebungen 13.
Die Länge 20 der Erhebungen 13 wird in Umfang srichtung des Gleitlagerelementkörpers 2 gemessen.
Über die Länge 20 der Erhebungen kann der Gleitweg des Bauteils 8 (Fig. 3) auf den Erhe- bungen beeinflusst werden. Damit kann in weiterer Folge auch das Ausmaß der Abstützung des Bauteils 8 auf den Erhebungen 13 beeinflusst werden. Längere Erhebungen 13 bewirken eine Verlängerung der Einlaufphase des Gleitlagerelementes 1, da der Verschleiß der Erhebungen 13 länger dauert. Es ist dabei möglich, dass sämtliche Erhebungen 13 die gleiche oder im Rahmen der Fertigung stoleranzen zumindest annähernd die gleiche Länge 20 aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Erhebungen 13 eine zueinander unterschiedliche Länge 20 aufweisen. Beispielsweise können erste Erhebungen 13 eine erste Länge 20 und zweite Erhebungen eine zweite Länge 20 aufweisen, wobei die erste Länge 20 kürzer ist als die zweite Länge 20. Ins- besondere sind die Erhebungen 13 mit der kleineren Länge 20 im Bereich der Kanten 10, 11 angeordnet und die Erhebungen 13 mit der größeren Länge 20 im Mittenbereich der Oberfläche 12 der Schicht 4 und zwischen den Erhebungen 13 mit der geringeren Länge 20 angeordnet. Im Extremfall können die Erhebungen 13 - in Stirnansicht auf das Gleitlagerelement 1 wie in Fig. 3 betrachtet - einen Längenverlauf aufweisen, wobei die Länge 20 der Erhebungen 13 von der Kante 10 in Richtung auf den Mittenbereich zunimmt und vom Mittenbereich in Richtung auf die zweite Kante 11, die der ersten in einer axialen Richtung 17 (Fig. 3) gegenüberliegt, wieder abnimmt. Es ist aber auch der dazu umgekehrte Längenverlauf der Erhe- bungen 13 möglich.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, können die Erhebungen 13 eine stäbchenförmige bzw. leisten- förmige, oder eine unregelmäßige, oder eine würfelförmige, oder die besagte halbkreisförmige, oder eine ovale Form - in Draufsicht betrachtet, aufweisen. Es sind auch hierbei wiederum andere Formen der Erhebungen 13 möglich, insbesondere in Kombination mit den voranstehenden Ausführungen zur Querschnittsform der Erhebungen 13.
Aus Fig. 6 sind verschiedene Ausführungsvarianten der Anordnung von Erhebungen 13 auf der Oberfläche 12 der Schicht 4 ersichtlich. Gezeigt ist ein Ausschnitt der Oberfläche 12 in Draufsicht auf die Schicht 4, wobei die vertikale Ausdehnung der Schicht 4 deren Breite 19 und demzufolge die horizontale Ausdehnung die Umfang srichtung des Gleitlagerelementes 1 darstellt.
Obwohl in Fig. 6 nur relativ kleinflächige Erhebungen 13 aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt sind, können die folgenden Ausführungen generell auf die Erhebungen 13 entsprechend der Erfindung angewandt werden.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Erhebungen 13 bevorzugt in Reihen und Spalten angeordnet. Dabei können die Reihen und Spalten zueinander nicht versetzt ausgebildet sein, so- dass die Erhebungen 13 die Eckpunkte eines Vierecks besetzen.
Es ist aber auch eine Versetzung der Reihen und/oder Spalten möglich. Beispielsweise können die Erhebungen 13 die Eckpunkte eines Sechsecks besetzen, wie dies in Fig. 6 angedeutet ist. Das Sechseck kann dabei mit gleichlangen Seitenkanten ausgebildet sein oder eine Längserstreckung in Richtung der Breite 19 oder vorzugsweise in Umfang srichtung aufweisen. Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante des Gleitlagerelements 1 kann vorgesehen sein, dass die Reihen - in Umfang srichtung des Gleitlagerelementes 1 betrachtet - eine Periodizität von mindestens fünf aufweisen, wie dies ebenfalls in Fig. 6 dargestellt ist. Es ist damit gemeint, dass die Lage der Erhebungen 13 frühestens in der sechsten Reihe wieder jener der ersten Reihe entspricht.
Die Periodizität kann auch größer als fünf sein, beispielsweise sechs oder sieben oder acht, sodass die Darstellung in Fig. 6 nicht limitierend zu verstehen ist. Es sind aber auch andere als die in Fig. 6 dargestellten Muster der Anordnung der Erhebungen 13 möglich - wenngleich diese bevorzugt sind. So können die Erhebungen 13 beispielsweise auch die Eckpunkte eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Achteckes besetzen.
Weiter ist es möglich, dass die Erhebungen 13 völlig unregelmäßig verteilt über die Oberflä- che 12 der Schicht 4 angeordnet bzw. ausgebildet sind.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante des Gleitelementes 1 ist vorgesehen, dass sämtliche auf der Oberfläche 12 der Schicht 4 angeordneten bzw. ausgebildeten Erhebungen 13 eine Gesamtfläche aufweisen, gemessen auf halber Höhe der Erhebungen, die zwi- sehen 1.10"6-mal und 1.10"2-mal der Gesamtfläche der Oberfläche beträgt, wie dies voranstehend bereits ausgeführt wurde. Bevorzugt beträgt die Gesamtfläche ca. 1.10"4-mal der Gesamtfläche der Oberfläche.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsvariante der Anordnung der Erhebungen 13 auf der Oberfläche 12 der Schicht 4 des Gleitelementes 1 dargestellt. Dabei ist die Flächenbelegung der Oberfläche 12 der zumindest einen weiteren Schicht 4 mit den Erhebungen 13 im Bereich der Kanten 10, 11 des Gleitlagerelementkörpers 2 größer ist, als in einem mittleren Bereich 21 der Oberfläche 12. Die Flächenbelegung im Bereich der Kanten 10, 11 kann dabei um 1,2-mal bis 5-mal höher sein als im mittleren Bereich 21.
Es ist aber auch möglich, dass die Flächenbelegung mit den Erhebungen 13 in einem Teilbereich des mittleren Bereichs 21 höher ist als in anderen Bereichen der Oberflächel2, wie dies in Fig. 7 durch strichliert dargestellte Erhebungen 13 angedeutet ist. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen von Bereichen mit einer zu zumindest einem weiteren Bereich der Oberfläche 4 dichteren Flächenbelegung mit den Erhebungen 13 möglich. Zumindest ein Teil der Erhebungen 13 kann aus dem Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht 4 bestehen. Insbesondere können sämtliche Erhebungen 13 aus dem Werkstoff der Schicht 4 gebildet sein, also beispielsweise einem Werkstoff für eine Gleitschicht eines Gleitlagerelementes. Derartige Werkstoffe, insbesondere Metalllegierungen, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Es ist aber auch möglich, dass zumindest ein Teil der Erhebungen 13 aus einem zum Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht 4 unterschiedlichen Werkstoff besteht, wie dies in Fig. 8 anhand einer Ausführungsvariante dargestellt ist. Dabei bestehen zumindest einige der Erhebungen 13 aus einem ersten Werkstoff 22 und einem darauf angeordneten zweiten Werk- stoff 23. Die beiden Werkstoffe 22 und 23 sind in Fig. 8 durch eine strichlierte Linie getrennt dargestellt. Zumindest einzelne der oder sämtliche Erhebungen 13 können also aus zumindest zwei verschiedenen Werkstoffen 22, 23, hergestellt sein.
Dabei kann der erste Werkstoff 22 wiederum der Werkstoff sein, aus dem die Schicht 4 be- steht. Der zweite Werkstoff 23 ist bevorzugt eine Metall, eine Metalllegierung oder ein Polymer.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Erhebungen 13 als solche jeweils aus einem einzigen Werkstoff hergestellt sind, aber auf der Oberfläche 12 der Schicht 4 zumindest zwei Erhebungen 13 angeordnet sind, die aus zueinander unterschiedlichen Werkstoffen 22, 23 bestehen. Beispielsweise kann eine ersten Reihe an Erhebungen 13 aus dem ersten Werkstoff 22 und eine zweite Reihe an Erhebungen 13 aus dem zweiten Werkstoff 23 hergestellt sein.
Auch hier sind wieder unterschiedlichste Varianten der Ausbildung der Erhebungen 13 aus zumindest zwei Werkstoffen sowie deren Verteilung auf der Oberfläche 12 der Schicht 4 möglich. Generell können aber auch sämtliche Erhebungen 13 aus einem zum Werkstoff der Schicht 4 unterschiedlichen Werkstoff hergestellt sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante besteht ein Teil der Erhebungen 13 aus einem ersten Werkstoff 22, der einen eine höhere Härte aufweist, als der zweite Werkstoff 23, aus dem die restlichen Erhebungen 13 bestehen.
Vorzugsweise weist zumindest ein Teil oder sämtliche der Erhebungen 13 zumindest teilweise oder zur Gänze eine Mikrohärte von mindestens 25 HV 0,02 und maximal 110 HV 0,02 auf.
Bevorzugt sind zumindest ein Teil oder sämtliche der Erhebungen 13 zumindest teilweise oder zur Gänze aus einer Zinnbasislegierung oder einer Aluminiumbasislegierung oder aus einem synthetischen Polymer oder aus einer Kombination daraus hergestellt.
Die Erhebungen 13 können aus einem Werkstoff bzw. kann der Werkstoff 22 und/oder kann der Werkstoff 23 hergestellt sein, der zumindest einen Festschmierstoff, wie beispielsweise M0S2, Graphit oder hex. -BN, enthält. Der Anteil an des zumindest einen Festschmierstoffes an dem Werkstoff kann zwischen 1 Gew.-% und 15 Gew.-% betragen bzw. zwischen 15 Gew.-% und 65 Gew.-% im Fall eines synthetischen Polymers betragen.
Strichliert ist in Fig. 7 dargestellt, dass auf der Oberfläche 12 der zumindest einen weiteren Schicht 4 zwischen den Erhebungen 13 zumindest teilweise ein weiterer Werkstoff mit einer Schichtstärke von maximal der halben Höhe der Erhebungen 13 aufgebracht sein kann. Dieser Werkstoff kann insbesondere ein Werkstoff sein, aus dem aus dem Stand der Technik bekannte Einlaufschichten 6 (Fig. 1) für Gleitlager hergestellt werden. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ebnet diese weitere Schicht die Erhebungen 13 nicht ein, sodass letztere nach wie vor radial nach innen über die Oberfläche dieser weiteren Schicht vorragen. Die Erhebungen 13 können unter Zuhilfenahme einer Maske, die auf die Oberfläche 12 der
Schicht 4 aufgelegt wird, hergestellt werden. Die Maske weist entsprechende Durchbrüche an den Stellen auf, an denen die Erhebungen 13 ausgebildet werden sollen. Nach der Abschei- dung bzw. Anordnung des zumindest einen Werkstoffes für die Erhebungen 13 auf der Schicht wird die Maske wieder entfernt, sodass auf der Oberfläche 12 die Erhebungen zurückbleiben. Das Auftragen des Werkstoffes für die Erhebungen 13 durch die Maske kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen. Es ist auch möglich, die Erhebungen galvanisch ohne Maske auf der Oberfläche 12 der
Schicht 4 abzuscheiden. Dazu kann eine elektrolytdurchflossene Nadel an die Oberfläche 12 herangeführt werden. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit kommt es im Bereich der Nadel zu einer verstärkten Abscheidung. Die Anode kann dabei auch in der Nadel platziert werden, wodurch sich die Erhebungen 13 nur direkt unter der Nadel ausbilden, sodass also die Erhebungen 13 präziser platziert werden können.
Weiter ist eine gezielte raue Abscheidung möglich. Dazu kann beispielsweise ein kolloidales Metall, insbesondere kolloidales Kupfer, oder können Metall-Nanopartikel, insbesondere Kupfer-Nanopartikel, oder Metall-Mikropartikel, insbesondere Kupfer Mikropartikel, in einem Elektrolyten dispergiert werden. Da Kupfer leitfähig ist, kommt es bei Kontakt des Kup- ferpartikels mit der Oberfläche zur Ausbildung der Erhebungen 13 bei Abscheidung der Schicht 4 auf der Stützschicht 3 oder der Lagermetallschicht 5 (Fig. 1).
Es ist aber auch möglich Mikropartikel oder Nanopartikel auf einen Teil der Oberfläche 12 der Schicht aufzustreuen.
Die in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes 1 bzw. der Erhebungen 13 können gegebenenfalls jeweils für sich eigenständige Ausführungsformen der Erfindung sein.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes 1, wobei auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander mög- lieh. Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Gleitlagerelementes 1 bzw. der Erhebungen 13 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
Gleitlagerelement
Gleitlagerelementkörper
Stützschicht
Schicht
Lagermetallschicht
Einlauf schicht
Gleitlager
Bauteil
Pfeil
Kante
Kante
Oberfläche
Erhebung
Dachkante
Höhe
Innendurchmesser
Richtung
Breite
Breite
Länge
Bereich
Werkstoff
Werkstoff

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gleitlagerelement (1) mit einem Gleitlagerelementkörper (2) der eine Breite (19) in axialer Richtung (17) und einen Innendurchmesser (16) aufweist und der eine Stützschicht (2) und zumindest eine weitere Schicht (4) umfasst, wobei die zumindest eine weitere Schicht (4) eine Oberfläche (12) aufweist, und wobei auf dieser Oberfläche (12) mehrere Erhebungen (13) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) eine Höhe (18) aufweisen, die mindestens 0,0008 % und maximal 2 % des Innendurchmessers (16) des Gleitlagerelementkörpers (2), insbesondere mindestens 4 μιη und maximal 400 μιη, beträgt.
2. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) eine Breite (18) aufweisen, gemessen auf der halben Höhe (15) der Erhebungen (13), die mindestens 0,001 % und maximal 5 % der Breite (19) des Gleitlagerelementkörpers (2), insbesondere mindestens 5 μιη und maximal 500 μιη, beträgt.
3. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) eine Länge (20) von mindestens 0,05-mal und höchstens 100-mal der Breite (18) der Erhebungen (13) aufweisen.
4. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) eine Gesamtfläche aufweisen, gemessen der halben Höhe (15) der Erhebungen (13), die zwischen 1.10"6-mal und 1.10"2-mal der Gesamtfläche der Oberfläche (12) der zumindest einen weiteren Schicht (4) beträgt.
5. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) einen rechteckigen oder trapezförmigen oder dreieckigen oder halbkreisförmigen oder runden Querschnitt aufweisen.
6. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) in zueinander versetzten Reihen angeordnet sind.
7. Gleitlagerelemente (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Um- fangsrichtung des Gleitlagerelementes (1) die Reihen eine Periodizität von mindestens fünf aufweisen.
8. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbelegung der Oberfläche (12) der zumindest einen weiteren Schicht (4) mit den Erhebungen (13) im Bereich von Kanten (10, 11) des Gleitlagerelementkörpers (2) größer ist, als in einem Mittenbereich der Oberfläche (12).
9. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (13) aus dem Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht (4) besteht.
10. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (13) aus einem zum Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht (4) unterschiedlichen Werkstoff besteht.
11. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht (4) und/oder der Werkstoff, der zu dem Werkstoff der zumindest einen weiteren Schicht (4) unterschiedlich ist, zumindest einen Festschmierstoff enthält oder enthalten.
12. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (12) der zumindest einen weiteren Schicht (4) zwischen den Er- hebungen (13) zumindest teilweise ein weiterer Werkstoff mit einer Schichtstärke von maximal der halben Höhe (15) der Erhebungen (13) aufgebracht ist.
13. Gleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (13) aus zumindest zwei verschiedenen Werkstoffen (22, 23) herge- stellt sind.
14. Gleitlagerelement (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Erhebungen (13) aus einem Werkstoff besteht, der einen eine höhere Härte aufweist, als der Werkstoff aus dem die restlichen Erhebungen (13) bestehen.
15. Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerelementes (1) mit einem Gleitlagerelementkörper (2) der eine Breite (19) in axialer Richtung (17) und einen Innendurchmesser (16) aufweist, wonach auf einer Stützschicht (3) zumindest eine weitere Schicht (4) aufgebracht wird, wobei die zumindest eine weitere Schicht (4) eine Oberfläche (12) aufweist, und wobei auf dieser Oberfläche (12) mehrere Erhebungen (13) ausgebildet werden, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Erhebungen (13) mit einer Höhe (15) hergestellt werden, die mindestens 0,0008 % und maximal 2 % des Innendurchmessers (16) des Gleitlagerelementkörpers (2), insbesondere mindestens 4 μιη und maximal 400 μιη, beträgt.
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