WO2022223794A1 - Lagerteil für ein gleitlager, lagerschale, gleitlager, maschine, verfahren zur herstellung eines lagerteils für ein gleitlager - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a bearing part for a plain bearing according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a bearing shell, a plain bearing, a machine and a method for producing a bearing part for a plain bearing.
  • Bearing parts for a plain bearing in particular bearing shells and/or rotating components such as shafts and plain bearings, are generally known.
  • a distribution of fluids, in particular lubricants, that is as uniform and sufficient as possible is sought between the contact surfaces of bearing parts that move relative to one another.
  • DE 2 234 428 describes methods for improving the friction and wear properties of two surfaces which preferably move in an oscillating manner against one another and at least one of which is metallic, with cavities lying close together in the friction zone to accommodate wear products.
  • DE 10 2012 104 817 A1 describes a method for machining rotationally symmetrical bearing points, in particular on a crankshaft, by means of electrochemical etching, in which during machining the distance between the tool and the workpiece is alternately increased and decreased by means of vibration, in particular by means of vibration of the tool, and/or the voltage application or current application of the tool is pulsating.
  • Plain bearings are still in need of improvement. In particular, it would be desirable to further optimize the sliding properties of a plain bearing.
  • the invention is based on a bearing part for a plain bearing with a bearing layer designed for supporting sliding, in particular a bearing shell with a sliding layer on a base body or a rotating component with a contact layer on a rotating body, with the bearing layer extending as a track over a base body and to a bearing between two bearing parts formed flow gap is directed.
  • the bearing part provides for the bearing layer designed for bearing sliding to have at least one damming feature that generates fluidic resistance in the flow gap and is designed as an elevation in the bearing layer surface that projects into the flow gap.
  • the invention is based on the finding that generally arranging features on the bearing layer and resulting structuring of the bearing layer brings advantages with regard to the load-bearing capacity and the wear behavior of the plain bearing.
  • the invention includes the finding that a feature in the form of an elevation that protrudes into the flow gap, in particular in comparison with a depression, acts as an obstacle for a fluid flowing in the flow gap, ie generates a fluidic resistance.
  • An elevation thus results in a local accumulation of the fluid, in particular upstream of the accumulation feature in the direction of flow. This advantageously leads to an increase in the thickness of the fluid layer and/or to a local increase in pressure of the fluid.
  • the damming feature can also prevent fluid, in particular lubricant, from draining, independently of a movement of the plain bearing, and thus lead to a further stabilization of a lubricating film.
  • a bearing part according to the invention thus advantageously leads to a thicker sliding film and consequently to an increase in the load-bearing capacity and/or a reduction in the frictional forces in the plain bearing.
  • the plain bearing becomes more effective, which, for example, results in an increase in efficiency, consumption and CCh reduction in internal combustion engines.
  • elevation means in particular that the larger proportion of the surface of the bearing layer is in a base plane, and only isolated proportions of the surface, in particular a proportion of the surface of less than 45%, preferably less than 30%, particularly preferably less than 15% of the bearing layer surface in the form of Elevations protrude into the flow gap.
  • the bearing layer can advantageously be formed from a material suitable for a sliding contact, in particular a metal such as a white metal based on lead and/or tin, an aluminum alloy, a copper alloy, or other materials such as a sintered material, a plastic or a composite material .
  • a metal such as a white metal based on lead and/or tin
  • aluminum alloy such as aluminum alloy
  • copper alloy such as aluminum alloy
  • copper alloy such as a sintered material
  • plastic or a composite material such as a sintered material, a plastic or a composite material.
  • the congestion feature has a geometric shape.
  • the damming feature can have a shape that is adapted with regard to the direction of flow of the fluid in the flow gap, in order to achieve a damming of the fluid that is as large as possible in terms of area and/or thickness.
  • all congestion features of the number have the same feature level.
  • the damming feature also has a depression extending away from the flow gap.
  • Such an indentation can in particular be caused by production technology, in particular in the case of a volume-changing material processing to produce the congestion feature in the bearing layer.
  • a recess can advantageously increase the effect that the fluid, in particular lubricant, is prevented from draining and thus remains longer at the location of the stagnation feature, whereby the thickness or thickness of the fluid can advantageously be increased.
  • the congestion feature is arranged in or on the sliding layer or is formed by means of the profile of the sliding layer.
  • an intermediate layer is provided, in particular an intermediate bearing layer or an intermediate component layer, which is arranged in the radial direction on a side of the bearing layer designed for supporting sliding and is distinguishable from the flow gap.
  • An intermediate layer offers an advantageous radial buffer zone in such a way that after wear of the sliding layer there is still no contact between the rotating component and the base body of the bearing part.
  • An intermediate layer can advantageously prevent the risk of considerable damage in the base body, for example due to seizure of the bearing, in the event of complete wear of the sliding layer at at least one point.
  • a basic feature is arranged on the base body and/or on the intermediate layer in order to produce the congestion feature in the bearing layer.
  • the stowage feature is in the form of a Base feature introduced on the intermediate layer or on the base body, such that - especially after application of the storage layer - results in a congestion feature in the storage layer at the point of the base feature.
  • the number of base features in the storage portion corresponds to the number of stowage features.
  • the basic feature is advantageously a base elevation, so that an elevation results in the bearing layer.
  • the bearing layer advantageously has a thickness that is low enough compared to a base feature height that the stagnation feature results in the bearing layer.
  • the base feature level of the base feature substantially corresponds to the feature level of the congestion feature.
  • the feature height and/or the base feature height advantageously has a value between 5 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the bearing layer advantageously extends continuously over the base body including the base features or the intermediate layer including the base features. Developments in which the congestion features are generated using basic features have the advantage that the bearing layer is continuous, in other words it does not have any local interruptions, holes or similar locations that would lead to a structural weakening of the bearing layer.
  • a load-bearing capacity of the bearing layer can thus be made possible, in particular in places of the bearing layer which are subjected to greater stress due to contact with another bearing part.
  • Stowage features are provided in particular at such points to improve the sliding properties, in particular by increasing the thickness of a lubricating film, which is why an increased load-bearing capacity at these points is particularly advantageous. This is particularly, but not only, advantageous for highly stressed plain bearings, for example for foundations! of crankshafts in large internal combustion engines.
  • the bearing layer designed for bearing sliding extends over the base body as a ring-shaped, closed path.
  • bearing part in particular the bearing shell, is made at least partially from one of the following materials: steel, tin, bronze, AlSn alloy, Sn, Al Sn, SnCu, Pb Sn, PbCu, polymer, Brass, brass, peak, PEEK or composite/composite material.
  • the bearing part and/or the plain bearing advantageously has a base body made of steel.
  • the bearing part and / or the plain bearing has an intermediate layer of tin, bronze or AlSn alloy.
  • the bearing part and/or the plain bearing advantageously has a bearing layer made of tin (Sn), an aluminum alloy, in particular AlSn, a tin alloy, in particular SnCu, a lead alloy, in particular PbSn or PbCu, and/or a polymer. It is also possible to use solid materials made of brass, AlSn alloys, peak, polyetheretherketone (PEEK) and composite materials, particularly in the bearing layer and/or the intermediate layer.
  • PEEK polyetheretherketone
  • Polyetheretherketone is characterized by very high temperature and heat resistance, high mechanical strength, rigidity and creep resistance, good chemical resistance to hydrolysis, good wear resistance, good sliding properties and high dimensional stability. PEEK can therefore advantageously be used as a material in the bearing layer and/or in the intermediate layer.
  • the bearing layer is advantageously applied as a coating.
  • the bearing layer is advantageously produced by means of a coating process, such as electroplating, PVD, CVD or a spray process.
  • the bearing part can advantageously have different layers, in particular base body, intermediate layer and/or bearing layer, made of different materials.
  • the bearing part or the bearing is in this respect designed as a multi-material bearing part or multi-material bearing.
  • the bearing layer advantageously has a layer thickness of between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, particularly advantageously between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m; This preferably applies to a coated bearing part or bearing, in which the bearing layer is a coating that is produced by means of a coating process, such as electroplating, PVD, CVD or a spray process.
  • a coating process such as electroplating, PVD, CVD or a spray process.
  • the intermediate layer advantageously has a layer thickness of between 100 ⁇ m and 4 mm, particularly advantageously between 200 ⁇ m and 2 mm.
  • the base body advantageously has a layer thickness of between 1 mm and 30 mm, particularly preferably between 2 mm and 20 mm, or is designed as a continuous rotating body, in particular as a solid shaft with a diameter.
  • the congestion feature is linear. This means in particular that the congestion feature extends linearly over the surface of the bearing part.
  • the accumulation feature is advantageously arranged transversely to a running direction of the slide bearing.
  • the bearing part advantageously has basic features, in particular basic elevations, with a corresponding, likewise linear design.
  • the line shape can advantageously be in the form of a straight line. In advantageous developments, the line shape can be formed as a V-shape from two partial straight lines running towards one another at an angle. In advantageous developments, the line shape can be in the form of a wavy line. In advantageous developments, the line shape can be formed as a zigzag line.
  • the number of at least one congestion feature is arranged in a recurring pattern, in particular is arranged equidistantly over a circumference of the base body.
  • a pattern can have at least one partial pattern and/or at least one interruption area.
  • Partial patterns can be used to provide a larger number or a higher density of congestion features in certain areas of the bearing part, in particular areas where greater stress is to be expected, in order to locally improve the sliding properties.
  • a break region does not have a congestion characteristic. Partial patterns can advantageously be arranged alternately with interruption areas.
  • the rotating part is advantageously formed by a shaft with a shaft surface as a contact surface.
  • the invention leads to a bearing part according to the first aspect of the invention, which is formed in the form of a bearing shell which is designed in particular for a plain bearing.
  • the invention leads to a plain bearing, in particular for a bearing, preferably a base, main bearing or connecting rod bearing, for mounting a shaft of an internal combustion engine, preferably for mounting a crankshaft or camshaft, having at least one bearing part according to the first aspect of the invention.
  • the plain bearing preferably has one or more bearing parts, and a first bearing part is designed as a bearing shell with a base body designed as a base body and a base body designed to accommodate a rotating component Sliding layer, wherein the sliding layer extends as a track over the base body and a sliding layer surface is formed facing a rotating part and/or a second bearing part is formed as a rotating component, in particular the shaft, having a contact surface and a contact layer underneath, the contact layer extends as a path over a base body designed as a rotating body and the contact surface is directed towards the bearing shell, and wherein a flow gap is formed between the contact surface and the sliding layer surface.
  • the bearing shell has a number of at least one damming feature which generates a fluidic resistance in the flow gap and which, as an elevation protruding into the flow gap, particularly in the sliding layer surface of the sliding layer, is formed, and/or the rotating component has a number of at least one damming feature which generates a fluidic resistance in the flow gap and is formed as an elevation protruding into the flow gap, in particular in the contact surface of the contact layer.
  • the plain bearing is advantageously designed as a rotating plain bearing; So for storing a rotating component such as a shaft or the like.
  • the plain bearing can be designed in a different way or type, for example as a linear plain bearing; So for storing a linearly movable component such as a carriage or the like.
  • the sliding bearing is advantageously designed as a multi-material bearing.
  • a multi-material store is formed from more than one material and in particular has layers of different materials.
  • the invention leads to a machine, in particular an internal combustion engine or electric machine or transmission, with a bearing part according to the first aspect of the invention and/or a plain bearing according to the third aspect of the invention.
  • the machine is an internal combustion engine with a crankshaft and at least one base for rotatably supporting the crankshaft, and in particular with a camshaft and a camshaft bearing, the base and/or the camshaft bearing being designed as a plain bearing in accordance with third aspect of the invention.
  • the invention leads to a method for producing a bearing part for a plain bearing, in particular a bearing shell or a rotating component, comprising the steps:
  • a basic feature is applied to the base body or the intermediate layer to produce the congestion feature, wherein in particular the introduction of a congestion feature takes place before the application of the bearing layer designed for supporting sliding.
  • the introduction of the accumulation feature or the basic feature is advantageously carried out by a volume-changing material treatment, preferably via an instantaneous heat input, ie an instantaneous thermal material treatment.
  • An instantaneous thermal treatment of the material by means of a laser is particularly preferred, preferably on the intermediate layer or the base body.
  • the volume-changing thermal material treatment the material can be melted or partially melted; but this is not necessary, it can be be sufficient to affect the atomic and/or crystalline structure of the material by heating.
  • bearing part according to the first aspect of the invention the bearing shell according to the second aspect of the invention, the plain bearing according to the third aspect of the invention, the machine according to the fourth aspect of the invention and the method according to the fifth aspect of the invention have the same and similar sub-aspects as laid down in particular in the dependent claims.
  • FIG. 1A a plain bearing with a first embodiment of a bearing part according to the concept of the invention in the form of a bearing shell in a cross-sectional view
  • FIG. 1B is a schematic representation of the system shown in FIG. 1 A marked details X, FIG. 2A a further representation of the first embodiment,
  • FIG. 2B another preferred embodiment of a bearing part
  • FIG. 2C yet another preferred embodiment of a bearing part
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a possible stowage feature or
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a possible stowage feature or
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of a possible stowage feature or
  • FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 4D, FIG. 4E each a schematic view of a pattern of congestion features
  • FIG. 5 in a schematic representation of a section of a machine in the form of a
  • Internal combustion engine having a plurality of plain bearings with a bearing part according to the concept of the invention, presently designed as a rotating plain bearing; i.e. to support a rotating component such as a shaft or the like,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a preferred development of a
  • FIG. 1A shows a plain bearing 1000 in a cross-sectional view, with a bearing part 100 according to the concept of the invention in the form of a bearing shell 102.
  • Another bearing part 100 in the form of a rotating component 1002, here in the form of a shaft 1004, is rotatably accommodated in the bearing shell 102 of the plain bearing 1000, forming a flow gap 200 between the bearing shell 102 and the rotating component 1002.
  • the shaft 1004 can in particular be designed as a crankshaft 4002 of an internal combustion engine 4000 .
  • rotating components 1002 can also be accommodated in a plain bearing 1000 according to the concept of the invention.
  • the rotatable mounting of the shaft 1004 allows it to rotate in a rotation R relative to the bearing shell 100 .
  • the rotation R determines a running direction LR of the plain bearing 1000.
  • the running direction LR advantageously describes the direction of the relative movement between two bearing parts 100, in particular between a bearing shell 102 and a rotating component 1002.
  • FIG. 1A shows an advantageous layered structure of the bearing shell 102.
  • a bearing layer 140 Arranged starting from the flow gap 200 in a radial direction RR is a bearing layer 140 designed for supporting sliding in the form of a sliding layer 140.1, then an intermediate layer 130 and finally a base body 120 in the form of a base body 120.1.
  • the sliding layer 140.1 and the intermediate bearing layer 130.1 each extend as a web over the base body 120.1. In other embodiments, an arrangement of a sliding layer 140.1 directly on the base body 120.1 is possible.
  • the intermediate layer 130, in particular the bearing intermediate layer 130.1 can also be referred to as bearing metal, in particular in a multi-component bearing.
  • the sliding layer 140.1 is formed from a material suitable for slidingly receiving the shaft 1004, in particular a white metal based on lead and/or tin, tin, an aluminum alloy such as e.g. AISn, a copper alloy, a tin alloy such as SnCu, a lead alloy such as e.g. B. Pb Sn or PcCu, a sintered material, a plastic or a composite material.
  • a lubricating film 202 is advantageously arranged between the shaft 1004 and the running zone 140 in the flow gap 200 .
  • the rotating component 1002 in the opposite direction to the radial direction RR, there is a layer structure of a bearing layer 140 designed for bearing sliding in the form of a contact layer 140.2, with a bearing layer surface 142 in the form of a contact surface directed towards the flow gap 200 142.2, and a base body 120 lying below the contact layer 140.2 in the form of a rotary body 120.2.
  • the rotating component 1002 does not have an intermediate layer 130 in the form of an intermediate component layer. In other embodiments, however, this is easily possible.
  • a bearing shell 102 without an intermediate bearing layer 130.1 can be provided without further ado.
  • FIG. 1A visible detail X is shown in FIG. 1B enlarged, but shown schematically and in particular not to scale.
  • the flow gap 200 located between the sliding layer surface 142.1 of the bearing shell 102 and the contact surface 142.2 of the rotating component 1002—is visible here.
  • the sliding layer 140 has a number ZA of congestion features 160, one of which is shown in FIG. 1B is shown by way of example.
  • the stagnation feature 160 is formed as an elevation 162 protruding into the flow gap 200 .
  • the damming feature 160 is designed to generate a fluidic resistance in the flow gap 200 .
  • Such fluids 201 can in particular be formed by air 222 or lubricant 224 .
  • a lubricant 224 can advantageously be present in the form of a lubricating film 202 on the sliding layer surface 142.1 and/or the contact surface 142.2.
  • a congestion feature 160 in particular an elevation 162, can make it more difficult or even prevent the lubricating film 202 from flowing off, in order to advantageously apply lubricant 224 in the area of congestion feature 160 keep.
  • the accumulation feature 160 here the elevation 162, has a feature height MH in the range from 5 pm to 100 pm, with which the elevation 162 extends into the flow gap 200.
  • Congestion feature 160 is advantageously linear, with the configuration shown in FIG.
  • the congestion feature 160 shown in Figure 1B is shown in cross-section by the line being perpendicular to the plane of the figure.
  • FIG. 2A shows, based on the representation of FIG. 1B once again, in general terms, a possible layer structure of a bearing part 100.
  • the layers shown in FIG. 2A, FIG. 2B and FIG. 2C shown bearing parts 100, 100', 100" can be both a bearing shell 102 and a rotating component 1002.
  • FIG. 2B shows a particularly advantageous embodiment of a bearing part 100', such as is used, for example, as a bearing shell 102 and/or as a rotating component 1002 in a plain bearing 1000, such as in the one shown in FIG. 1A shown, can be used.
  • the stowage feature 160 in the form of the elevation 162 has been produced by a base feature 170 , here in the form of a base elevation 172 .
  • a base feature 170 here in the form of a base elevation 172 .
  • the base feature 170 or the base elevation 172 can advantageously be incorporated in the base body 120 or—as shown here—in the intermediate layer 130 .
  • the basic feature 170 is particularly advantageously produced on the underlying layer, in particular the base body 120 or the intermediate layer 130, before the bearing layer 140 is applied.
  • the base feature 170, preferably the base elevation 172 advantageously has a base feature height BH of 5 pm to 100 pm.
  • the bearing layer 140 can be applied in particular by a suitable coating method, for example sputtering, electroplating, PVD, CVD, or a spray method.
  • the structure of the base feature 170 correspondingly results in the congestion feature 160 on the sliding layer 140. This is particularly the case because the sliding layer 140 is relatively thin, for example in the range of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the underlying intermediate layer 130 can have a layer thickness in the range of 0.2 mm to 2 mm, and the underlying base body 120 a layer thickness of 2 mm to 20 mm.
  • a base feature height BH of a base feature 170 essentially corresponds to a feature height MH of a congestion feature 160 generated by the base feature 170.
  • a bearing part with accumulation features created by base features has the advantage that the subsequently applied bearing layer 140 lies as a continuous layer over the previously structured intermediate layer 130 or the previously structured base body 120 .
  • the load-bearing capacity of the sliding layer 140 is advantageously increased.
  • the congestion feature 160 or the base feature 170 in particular the elevation 162 or the base elevation 172, can be produced by means of local material processing, for example machining such as milling, turning or similar known methods.
  • the local material processing is advantageously a thermal material processing, by means of which a volume change can be brought about by an instantaneous, local heat input at the point of the congestion feature 160 or base feature 170 to be produced.
  • a laser method is particularly advantageous for this purpose because the heat input can be precisely controlled in terms of location and/or time.
  • FIG. 2C shows another preferred embodiment of a bearing part 100′′, in which a base feature 170′ in the form of a base elevation 172′ is introduced into the base body 120, and the base body 120 including the number of base elevations 172′ is covered by a bearing layer 140.
  • the bearing layer 140 results in corresponding accumulation features 160 in the form of elevations 162 at the points at which the base elevations 172' are introduced.
  • FIG. 3A, FIG. 3B and FIG. 3A-3C cross-sections of various beneficial stowage features 160 or base features 170 that may be incorporated into a bearing layer 140, an intermediate layer 130, or a base body 120 of a bearing member 100 are shown. This is analogous to that of FIG. 1B.
  • FIG. 3A an approximately triangular or bell-shaped design of a congestion feature 160 or a base feature 170 in the form of an elevation 162 or base elevation 172 is shown analogously to the previously shown embodiments.
  • FIG. 3B is another preferred embodiment of a bearing member 100 having a further stowage feature 160' or a further base feature 170' that, unlike FIG. 3A has, in addition to a ridge 162 or base ridge 172, an adjacent depression 164 or base depression 174, respectively.
  • a depression 164, 174 can in particular in the case of a volume-changing, local material processing during the generation of the additional congestion feature 160' or base feature 170', when material is moved from the depression 164, 174 into the elevation 162, 172.
  • Such a structure with an adjacent depression 164, 174 can be produced, for example, by means of an inclined laser beam, ie not directed perpendicularly onto the surface of the bearing part 100.
  • the depression 164, 174 can be in front of and/or behind the elevation 162, 172, viewed in the running direction LR.
  • FIG. 3C is yet another preferred embodiment of a bearing member 100 having yet another stowage feature 160'' and yet another base feature 170'', respectively.
  • Still further stowage feature 160" or still further base feature 170" has a symmetrical cross-section having a central boss 162 or base boss 172, respectively, and juxtaposed on either side a depression 164 or base depression 174.
  • Such a symmetrical cross-section can be generated, for example, by means of a laser beam directed perpendicularly onto the surface of the bearing part 100 .
  • the stowage features 160 or basic features shown in FIG. 3C can be combined with the embodiments shown and/or described above and can also have a different cross section, for example a trapezoidal, circular or similar suitable cross section.
  • FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 4D and FIG. 4E different patterns 190 of congestion features 160 are shown by way of example.
  • the patterns 190 are each shown across a bearing width 1030 of a bearing part 100 .
  • the stowage features 160 illustrated in these figures may particularly advantageously have one of the configurations shown in FIG. 3A, FIG. 3B, FIG. 3C have cross sections.
  • the bearing part 100 has a number ZA of congestion features 160, which are formed as linear congestion features 180, here specifically as straight congestion features 182.
  • the bearing part 100 has a number ZA of stowage features 160, which are linear stowage features 180, here specifically as V-shaped stowage features 184, are formed.
  • the bearing part 100 has a number ZA of congestion features 160, which are formed as linear congestion features 180, here specifically as wavy congestion features 186.
  • the linear congestion features 180 shown in Figure 4C are arranged in a pattern 190 equidistantly about the circumference of the bearing member 100, perpendicular to the direction of rotation R.
  • congestion features 160 are shown in the form of linear, straight congestion features 180, 182 with further patterns 190', 190''.
  • FIG. 4D another pattern 190' is shown with two sub-patterns, namely a first sub-pattern 192.1 and a second sub-pattern 192.2, which are arranged side by side across the bearing width 1030 on the bearing layer surface 142.
  • An interruption area 194 without congestion features 160 is arranged between the two partial patterns 192.1, 192.2.
  • FIG. 4E shows yet another pattern 190" with an alternating arrangement of a partial pattern 192 with congestion features 160 and an interruption area 194 without congestion features 160.
  • a partial pattern 192 and an interruption area 194 are arranged alternately along the circumferential direction 1040 of the bearing part 100, shown here as a detail.
  • a partial pattern 192 extends over a first circumferential length 1042, and a subsequent interruption region 194 over a second circumferential length 1044.
  • the first circumferential length 1042 and the second circumferential length 1044 can advantageously be of the same size, as shown here.In other embodiments, the first circumferential length 1042 and the second circumferential length 1044 can be of different sizes.
  • a fixed number of equidistantly distributed congestion features 160 can be provided per partial region 192, for example a number of four as shown here.
  • FIGS. 4D and 4E can also have a larger number of sub-patterns 192 .
  • embodiments having multiple break regions 194 are possible.
  • Mixed forms of the embodiments shown in FIGS. 4D and 4E are also possible, resulting in a pattern-like, in particular matrix-like, arrangement of partial patterns 192 and/or congestion features 160 .
  • FIG. 4D illustrates a pattern-like, in particular matrix-like, arrangement of partial patterns 192 and/or congestion features 160 .
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a section of a machine 3000 in the form of an internal combustion engine 4000 according to a preferred embodiment, with a rotating component 1002 in the form of a shaft 1004, here a crankshaft 4002, the internal combustion engine 4000 having four cylinders ZI, Z2, Z3, Z4 , which are each rotatably connected to the crankshaft 4002 via connecting rod bearings 1304 for generating a torque.
  • the rotating component 1002 is rotatably mounted about an axis of rotation DA via four bases 1000.1, 1000.2, 1000.3 and 1000.4, which are each designed as plain bearings 1000 according to the concept of the invention.
  • rotating component 1002 is mounted in internal combustion engine 4000 via a first plain bearing 1000.1, a second plain bearing 1000.2, a third plain bearing 1000.3 and a fourth plain bearing 1000.4.
  • Internal combustion engine 4000 also has a lubrication system 220, which supplies plain bearings 1000.1, 1000.2, 1000.3, 1000.4 with a flow of lubricant 224 to form a lubricating film 202.
  • the lubrication system 220 has a lubricant pump 222 for this purpose.
  • the lubrication system 220 is assigned to all of the bearings. In further developments, it is nevertheless possible for individual bearings or combined subgroups of bearings to have their own lubrication system.
  • Internal combustion engine 4000 may include one or more camshafts 4006 , one camshaft 4006 being shown here schematically with five camshaft bearings 4008 . At least one camshaft bearing 4008 is advantageously designed as a plain bearing 1000 according to the concept of the invention.
  • a bearing part 100, 100', 100" can also be used in other bearings of internal combustion engine 1100, for example in connecting rod bearings 1304 and/or connecting rod eye bearings 1500 or in the bearings of a camshaft 4006.
  • the machine 3000 can also be designed as another machine, for example as an electric machine 5000 or as a transmission 6000 or as a turbocharger 7000, in particular as an exhaust gas turbocharger.
  • a machine 3000 has a slide bearing 1000, which can be designed, for example, generally for mounting as a drive or driven shaft or bearing shaft—in the present case designed as a rotating slide bearing; So for storing a rotating component such as a shaft or the like. This applies advantageously in the case of a plain bearing 1000:
  • a gearbox 6000 for supporting a shaft 1004, or - In a turbocharger 7000 for storing a turbocharger shaft between a compressor and a turbine of the turbocharger.
  • An internal combustion engine or a genset or a hybrid drive (a genset or a hybrid drive have an internal combustion engine and an electric machine; in particular as an electric generator and/or electric motor) can also be designed as a machine 3000 with some or more or all of the features mentioned above .
  • an internal combustion engine or a genset or a hybrid drive can have a turbocharger 7000 for supporting a turbocharger shaft between a compressor and a turbine of the turbocharger and/or a transmission 6000 for supporting a shaft 1004 .
  • FIG. 5 shows in a schematic representation, insofar as it is for the sake of simplicity, these one or more possible combined embodiments in an overview without being limiting.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a preferred development of a plain bearing 1000 in the form of a linear plain bearing 1010; So for storing a linearly movable component such as a carriage or the like.
  • the linear plain bearing 1010 has a bearing part 100 in the form of a linear guide 1012 .
  • the linear plain bearing 1010 has a further bearing part 100 in the form of a linear carriage 1014 which can be moved relative to the linear guide 1012 along a running direction LR.
  • the linear guide 1012 and/or the linear slide 1014 may advantageously include one or more congestion features 160 in accordance with the concept of the invention.
  • one of the two bearing parts 100, ie the linear guide 1012 or the linear slide 1014 has one or more stowage features 160.
  • the linear guide 1012 and/or the linear carriage 1014 can advantageously have a configuration shown in FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 3A, FIG. 3B and/or FIG. 3C have the structure shown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lagerteil (100) für ein Gleitlager (1000) mit einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140), insbesondere Lagerschale (102) mit Gleitschicht (140) auf einem Grundkörper (120.1) oder drehendes Bauteil (1002) mit Kontaktschicht (140.2) auf einem Drehkörper (120.2), wobei sich die Lagerschicht (140) als Bahn über einen Basiskörper (120) erstreckt und zu einem zwischen zwei Lagerteilen (100) gebildeten Strömungsspalt (200) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162) in der Lagerschichtoberfläche (142) der Lagerschicht (140) ausgebildet ist.

Description

BESCHREIBUNG
Lagerteil für ein Gleitlager, Lagerschale, Gleitlager, Maschine, Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils für ein Gleitlager
Die Erfindung betrifft ein Lagerteil für ein Gleitlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Lagerschale, ein Gleitlager, eine Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils für ein Gleitlager.
Lagerteile für ein Gleitlager, insbesondere Lagerschalen und/oder drehende Bauteile wie Wellen, und Gleitlager, sind allgemein bekannt. Um einen effizienten und zuverlässigen Betrieb zu erreichen, wird eine möglichst gleichmäßige und ausreichende Verteilung von Fluiden, insbesondere Schmiermittel, zwischen den Kontaktflächen von sich relativ zueinander bewegenden Lagerteilen angestrebt.
Eine zu hohe Druckbelastung an Kontaktflächen, insbesondere bei einer unzureichenden Schmierung, kann zu erhöhter mechanischer Beanspruchung, verbunden mit tribologischen Schadmechanismen, wie z. B. Reibkorrosion, führen.
Es ist bekannt, Vertiefungen oder Löcher in die Oberflächen von Gleitflächen einzubringen, um Schmiermittel in den Vertiefungen lokal vorzuhalten oder Abriebpartikel aufzunehmen.
Beispielsweise beschreibt DE 2 234 428 Verfahren zur Verbesserung der Reibungs- und Verschleißeigenschaften zweier sich vorzugsweise oszillierend gegeneinander bewegender Flächen, von denen mindestens eine metallisch ist, wobei in der Reibungszone dicht beieinanderliegende Hohlräume zur Aufnahme von Verschleißprodukten angeordnet werden.
Des Weiteren ist eine präzise und wirtschaftliche Herstellung von Gleitlagern, insbesondere der Lagerteile wie insbesondere Lagerschalen oder drehender Bauteile wie z.B. Wellen, anzustreben. Dies betrifft insbesondere das Erreichen der benötigten Form- und Oberflächentoleranzen. Hier haben sich neben klassischen zerspanenden Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Schleifen auch neue Fertigungsverfahren, beispielsweise elektrochemische oder optothermische Verfahren wie Laserbearbeitung, durchgesetzt.
So beschreibt beispielsweise DE 10 2012 104 817 Al ein Verfahren zum Bearbeiten rotationssymmetrischer Lagerstellen, insbesondere an einer Kurbelwelle, mittels elektrochemischem Ätzen, bei dem während der Bearbeitung der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück abwechselnd mittels Vibration größer und kleiner wird, insbesondere mittels Vibration des Werkzeuges, und/oder die Spannungsbeaufschlagung oder Strombeaufschlagung des Werkzeuges pulsiert.
Gleitlager sind jedoch weiter verbesserungswürdig. Insbesondere wäre es wünschenswert, die Gleiteigenschaften eines Gleitlagers weiter zu optimieren.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, die Gleiteigenschaften eines Gleitlagers weiter zu optimieren, vorteilhaft unter Berücksichtigung einer wirtschaftlichen Herstellung des Gleitlagers.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Lagerteil gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung geht aus von einem Lagerteil für ein Gleitlager mit einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht, insbesondere Lagerschale mit Gleitschicht auf einem Grundkörper oder drehendes Bauteil mit Kontaktschicht auf einem Drehkörper, wobei sich die Lagerschicht als Bahn über einen Basiskörper erstreckt und zu einem zwischen zwei Lagerteilen gebildeten Strömungsspalt gerichtet ist.
Erfmdungsgemäß ist bei dem Lagerteil vorgesehen, dass die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht eine Anzahl von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt erzeugenden Stauungsmerkmal aufweist, das als eine in den Strömungsspalt hineinragende Erhebung in der Lagerschichtoberfläche der Lagerschicht ausgebildet ist. Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass generell ein Anordnen von Merkmalen auf der Lagerschicht und eine daraus resultierende Strukturierung der Lagerschicht Vorteile bringt hinsichtlich der Tragfähigkeit und des Verschleißverhaltens des Gleitlagers.
Dabei schließt die Erfindung die Erkenntnis ein, dass ein Merkmal in Form einer Erhebung, die in den Strömungsspalt hineinragt, insbesondere im Vergleich mit einer Vertiefung, als Hindernis für ein im Strömungsspalt strömendes Fluid wirkt, das heißt einen fluidischen Widerstand erzeugt. Eine Erhebung hat somit eine lokale Aufstauung des Fluids, insbesondere in Strömungsrichtung vor dem Stauungsmerkmal, zur Folge. Hierdurch kommt es vorteilhaft zu einer Erhöhung der Stärke der Fluidschicht und/oder zu einer lokalen Druckerhöhung des Fluids.
Des Weiteren kann das Stauungsmerkmal zusätzlich auch - unabhängig von einer Bewegung des Gleitlagers - Fluid, insbesondere Schmiermittel, vom Abfließen hindern und somit zu einer weiteren Stabilisierung eines Schmierfilms führen.
Ein erfmdungsgemäßes Lagerteil führt somit vorteilhaft zu einem dickeren Gleitfilm, und folglich zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit und/oder zu einer Verringerung der Reibkräfte im Gleitlager. Das Gleitlager wird effektiver, was z.B. bei Brennkraftmaschinen eine Erhöhung des Wirkungsgrades, Verbrauchs- und CCh-Reduktion zur Folge hat.
Erhebung bedeutet im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass der größere Flächenanteil der Lagerschichtoberfläche in einer Grundebene liegt, und nur vereinzelte Flächenanteile, insbesondere ein Flächenanteil von weniger als 45 %, bevorzugt weniger als 30 %, besonders bevorzugt weniger als 15 % der Lagerschichtoberfläche in Form von Erhebungen in den Strömungsspalt hineinragen.
Die Lagerschicht kann vorteilhaft aus einem, für einen gleitenden Kontakt geeigneten, Material gebildet sein, insbesondere einem Metall wie z.B. einem Weißmetall auf Blei- und / oder Zinnbasis, einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, oder anderen Materialen wie einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. Die Lagerschicht ist insbesondere auf einem Basiskörper des Lagerteils angeordnet. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal eine geometrische Form aufweist. Insbesondere kann das Stauungsmerkmal eine in Hinblick auf die Strömungsrichtung des Fluids im Strömungsspalt angepasste Form aufweisen, um eine flächen- und/oder dickenmäßig möglichst große Stauung des Fluids zu erreichen. Vorteilhaft weisen sämtliche Stauungsmerkmale der Anzahl eine gleiche Merkmalshöhe auf.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal zudem eine sich von dem Strömungsspalt weg erstreckende Vertiefung aufweist. Eine derartige Vertiefung kann insbesondere fertigungstechnisch bedingt sein, insbesondere bei einer volumenänderen Materialbearbeitung zur Erzeugung des Stauungsmerkmals in der Lagerschicht. Eine Vertiefung kann den Effekt vorteilhaft verstärken, dass das Fluid, insbesondere Schmiermittel, vom Abfließen gehindert wird und somit länger am Ort des Stauungsmerkmals verbleibt, wodurch die Stärke bzw. Dicke des Fluids vorteilhaft verstärkt werden kann.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal in oder auf der Gleitschicht angeordnet ist oder mittels des Verlaufs der Gleitschicht gebildet ist.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Zwischenschicht vorgesehen, insbesondere eine Lager-Zwischenschicht oder eine Bauteil-Zwischenschicht, die in radialer Richtung an einer von dem Strömungsspalt abgewandten Seite der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht angeordnet und von dieser unterscheidbar ist. Eine Zwischenschicht bietet eine vorteilhafte radiale Pufferzone, derart, dass es nach einem Verschleiß der Gleitschicht noch nicht zu einem Kontakt zwischen dem drehenden Bauteil und dem Basiskörper des Lagerteils kommt. Durch eine Zwischenschicht kann bei einem vollständigen Verschleiß der Gleitschicht an mindestens einer Stelle vorteilhaft das Risiko eines erheblichen Schadens im Basiskörper, beispielsweise durch ein Fressen des Lagers, verhindert werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf dem Basiskörper und/oder auf der Zwischenschicht ein Basismerkmal angeordnet ist zur Erzeugung des Stauungsmerkmals in der Lagerschicht. Vorteilhaft ist das Stauungsmerkmal in Form eines Basismerkmals auf der Zwischenschicht oder auf dem Basiskörper eingebracht, derart, dass sich - insbesondere nach Aufbringen der Lagerschicht - an der Stelle des Basismerkmals ein Stauungsmerkmal in der Lagerschicht ergibt. Vorteilhaft entspricht die Anzahl der Basismerkmale in dem Lagerteil der Anzahl der Stauungsmerkmale. Vorteilhaft ist das Basismerkmal eine Basis- Erhebung, sodass in der Lagerschicht eine Erhebung resultiert.
Die Lagerschicht hat vorteilhaft eine Dicke bzw. Stärke, die im Vergleich zu einer Basismerkmalshöhe gering genug ist, dass sich in der Lagerschicht das Stauungsmerkmal ergibt. Vorteilhaft entspricht die Basismerkmalshöhe des Basismerkmals im Wesentlichen der Merkmalshöhe des Stauungsmerkmals. Vorteilhaft hat die Merkmalshöhe und/oder die Basismerkmalshöhe einen Wert zwischen 5 pm und 100 gm Vorteilhaft erstreckt sich die Lagerschicht durchgängig über den Basiskörper einschließlich der Basismerkmale oder die Zwischenschicht einschließlich der Basismerkmale. Weiterbildungen, bei denen die Stauungsmerkmale mittels Basismerkmalen erzeugt werden, haben den Vorteil, dass die Lagerschicht durchgängig ist, mit anderen Worten keine lokalen Unterbrechungen, Löcher oder dergleichen Stellen aufweist, die zu einer strukturellen Schwächung der Lagerschicht führen würden. Somit kann eine Tragfähigkeit der Lagerschicht ermöglicht werden, insbesondere Stellen der Lagerschicht, die aufgrund eines Kontakts mit einem anderen Lagerteil stärker beansprucht werden. Insbesondere an solchen Stellen sind Stauungsmerkmale zur Verbesserung der Gleiteigenschaften, insbesondere durch Erhöhung einer Schmierfilmdicke, vorgesehen, weshalb eine erhöhte Tragfähigkeit an diesen Stellen besonders vorteilhaft ist. Dies ist insbesondere, aber nicht nur, bei hochbeanspruchten Gleitlagern vorteilhaft, beispielsweise bei Grundlagen! von Kurbelwellen in großen Brennkraftmaschinen.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht als ringförmig geschlossene Bahn über den Basiskörper erstreckt.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Lagerteil, insbesondere die Lagerschale, zumindest teilweise aus einem der folgenden Materialen hergestellt ist: Stahl, Zinn, Bronze, AlSn-Legierung, Sn, Al Sn, SnCu, Pb Sn, PbCu, Polymer, Messing, Messing, Peak, PEEK oder Composite-/Verbundmaterial.
Vorteilhaft weist das Lagerteil und/oder das Gleitlager einen Basiskörper aus Stahl auf. Vorteilhaft weist das Lagerteil und/oder das Gleitlager eine Zwischenschicht aus Zinn, Bronze oder einer AlSn-Legierung auf. Vorteilhaft weist das Lagerteil und/oder das Gleitlager eine Lagerschicht aus Zinn (Sn), einer Aluminiumlegierung, insbesondere Al Sn, einer Zinnlegierung, insbesondere SnCu, einer Bleilegierung, insbesondere PbSn oder PbCu, und/oder einem Polymer auf. Auch die Verwendung von Feststoffen (Solid Materialen) aus Messing, AlSn-Legierungen, Peak, Polyetheretherketon (PEEK) und Composite Materialien, insbesondere in der Lagerschicht und/oder der Zwischenschicht, ist möglich. Polyetheretherketon (PEEK) zeichnet sich vorteilhaft aus durch eine sehr hohe Temperatur- und Wärmeformbeständigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Kriechfestigkeit, eine gute chemische Hydrolysebeständigkeit, eine gute Verschleißfestigkeit, gute Gleiteigenschaften und hohe Dimensionsstabilität. Vorteilhaft kann PEEK daher als Werkstoff in der Lagerschicht und/oder in der Zwischenschicht eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist die Lagerschicht als eine Beschichtung aufgebracht. Vorteilhaft wird die Lagerschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie zum Beispiel Galvanik, PVD, CVD oder einem Spray -Verfahren, hergestellt. Vorteilhaft kann das Lagerteil unterschiedliche Schichten, insbesondere Basiskörper, Zwischenschicht und/oder Lagerschicht, aus unterschiedlichen Materialen aufweisen. Das Lagerteil bzw. das Lager ist insofern als ein Mehrstofflagerteil bzw. Merhstofflager ausgebildet.
Vorteilhaft weist die Lagerschicht eine Schichtdicke zwischen 5 pm und 50 pm, besonders vorteilhaft zwischen 10 pm und 30 pm, auf; dies trifft bevorzugt zu für ein beschichtetes Lagerteil bzw. Lager, bei dem die Lagerschicht eine Beschichtung ist, die mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie zum Beispiel Galvanik, PVD, CVD oder einem Spray -Verfahren hergestellt ist.
Vorteilhaft weist die Zwischenschicht eine Schichtdicke zwischen 100 pm und 4 mm, besonders vorteilhaft zwischen 200 pm und 2 mm, auf.
Vorteilhaft weist der Basiskörper eine Schichtdicke zwischen 1 mm und 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 mm und 20 mm auf, oder ist als Drehkörper durchgängig, insbesondere als Vollwelle mit einem Durchmesser, ausgebildet.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stauungsmerkmal linienförmig ist. Dies bedeutet insbesondere, dass sich das Stauungsmerkmal linienförmig über die Oberfläche des Lagerteils erstreckt. Vorteilhaft ist das Stauungsmerkmal quer zu einer Laufrichtung des Gleitlagers angeordnet. Vorteilhaft weist das Lagerteil Basismerkmale, insbesondere Basiserhebungen, mit einer korrespondierenden, ebenfalls linienförmigen Ausbildung auf. Die Linienform kann vorteilhaft als Gerade ausgebildet sein. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Linienform als V-Form aus zwei unter einem Winkel aufeinander zulaufenden Teilgeraden gebildet sein. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Linienform als wellenförmige Linie gebildet sein. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Linienform als Zick-Zack-Linie gebildet sein.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Anzahl von mindestens einem Stauungsmerkmal in einem wiederkehrenden Muster angeordnet ist, insbesondere äquidistant über einen Umfang des Basiskörpers angeordnet ist. Insbesondere kann ein Muster mindestens ein Teilmuster und/oder mindestens einen Unterbrechungsbereich aufweisen. Durch Teilmuster kann in bestimmten Bereichen des Lagerteils, insbesondere Bereichen mit zu erwartender höherer Beanspruchung, eine größere Anzahl bzw. eine höhere Dichte von Stauungsmerkmalen zur lokalen Verbesserung der Gleiteigenschaften vorgesehen werden. Ein Unterbrechungsbereich weist kein Stauungsmerkmal auf. Teilmuster können vorteilhaft abwechselnd mit Unterbrechungsbereichen angeordnet sein.
Das drehende Teil ist vorteilhaft durch eine Welle mit einer Wellenoberfläche als Kontaktoberfläche gebildet.
Die Erfindung führt in einem zweiten Aspekt auf ein Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das in Form einer Lagerschale gebildet ist, die insbesondere ausgebildet ist für ein Gleitlager.
Die Erfindung führt in einem dritten Aspekt auf ein Gleitlager, insbesondere für ein Lager, vorzugsweise Grundlager, Hauptlager oder Pleuellager, zur Lagerung einer Welle einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Lagerung einer Kurbelwelle oder Nockenwelle, aufweisend mindestens ein Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Vorzugsweise weist das Gleitlager in einer Weiterbildung ein oder mehrere Lagerteile auf, und ein erstes Lagerteil ist ausgebildet als eine Lagerschale mit einem als Grundkörper ausgebildeten Basiskörper und einer zur Aufnahme eines drehenden Bauteils ausgebildeten Gleitschicht, wobei die Gleitschicht sich als Bahn über den Grundkörper erstreckt und eine zu einem drehenden Teil gerichtete Gleitschichtoberfläche ausgebildet ist und/oder ein zweites Lagerteil ist ausgebildet als ein drehendes Bauteil, insbesondere die Welle, aufweisend eine Kontaktoberfläche und eine darunterliegende Kontaktschicht, wobei die Kontaktschicht sich als Bahn über einen als Drehkörper ausgebildeten Basiskörper erstreckt und die Kontaktoberfläche zur Lagerschale gerichtet ist, und wobei zwischen der Kontaktoberfläche und der Gleitschichtoberfläche ein Strömungsspalt ausgebildet ist.
Bei dem Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt oder der oben genannten Weiterbildung ist insbesondere vorgesehen, dass die Lagerschale eine Anzahl von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt erzeugenden Stauungsmerkmal aufweist, das als eine in den Strömungsspalt hineinragende Erhebung, insbesondere in der Gleitschichtoberfläche der Gleitschicht, ausgebildet ist, und/oder das drehende Bauteil eine Anzahl von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt erzeugenden Stauungsmerkmal aufweist, das als eine in den Strömungsspalt hineinragende Erhebung, insbesondere in der Kontaktoberfläche der Kontaktschicht, ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist das Gleitlager als rotierendes Gleitlager ausgebildet; also zur Lagerung eines rotierenden Bauteils wie einer Welle oder dergleichen.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann das Gleitlager in andere Weise oder Bauart ausgebildet sein, beispielsweise als Lineargleitlager; also zur Lagerung eines linear bewegbaren Bauteils wie eines Schlittens oder dergleichen.
Vorteilhaft ist das Gleitlager als Mehr stofflager ausgebildet. Ein Mehr stofflager ist aus mehr als einem Material gebildet und weist insbesondere Schichten aus unterschiedlichen Materialien auf.
Die Erfindung führt in einem vierten Aspekt auf eine Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine oder elektrische Maschine oder Getriebe, mit einem Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder einem Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. In einer Weiterbildung der Maschine ist vorgesehen, dass die Maschine eine Brennkraftmaschine ist mit einer Kurbelwelle und mindestens einem Grundlager zum drehbaren Lagern der Kurbelwelle, und insbesondere mit einer Nockenwelle und einem Nockenwellenlager, wobei das Grundlager und/oder das Nockenwellenlager ausgebildet ist als Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.
Die Erfindung führt in einem fünften Aspekt auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils für ein Gleitlager, insbesondere einer Lagerschale oder eines drehenden Bauteils, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Basiskörpers,
Aufträgen einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht, insbesondere durch
Sputtern.
Bei dem Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ist der Schritt vorgesehen:
Einbringen eines Stauungsmerkmals, das ausgebildet ist zum Erzeugen eines fluidischen Widerstands in einem Strömungsspalt des Gleitlagers.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vor dem Aufträgen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht der Schritt vorgesehen:
Aufträgen einer Zwischenschicht auf den Basiskörper.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Erzeugung des Stauungsmerkmals ein Basismerkmal auf den Basiskörper oder die Zwischenschicht eingebracht wird, wobei insbesondere das Einbringen eines Stauungsmerkmals vor dem Aufträgen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht erfolgt.
Das Einbringen des Stauungsmerkmals oder des Basismerkmals erfolgt vorteilhaft durch eine volumenändemde Materialbehandlung, bevorzugt über einen instantanen Wärmeeintrag, d.h. eine instantane thermische Materialbehandlung. Besonders bevorzugt erfolgt eine instantane thermische Materialbehandlung mittels Laser, bevorzugt auf die Zwischenschicht oder den Basiskörper. Für die volumenändernde thermische Materialbehandlung kann ein Auf- oder Anschmelzen des Materials erfolgen; dies ist aber nicht notwendigerweise erforderlich, es kann ausreichend sein, die atomare und/oder kristalline Struktur des Materials durch Erwärmung zu beeinflussen.
Es soll verstanden werden, dass das Lagerteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die Lagerschale gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, das Gleitlager gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, die Maschine gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung und das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird für die Weiterbildung eines Aspekts der Erfindung auch auf die Weiterbildungen der anderen Aspekte der Erfindung verwiesen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: FIG. 1A ein Gleitlager mit einer ersten Ausführungsform eines Lagerteils gemäß dem Konzept der Erfindung in Form einer Lagerschale in einer Querschnittsansicht,
FIG. 1B eine schematische Darstellung des in FIG. 1 A gekennzeichneten Details X, FIG. 2A eine weitere Darstellung der ersten Ausführungsform,
FIG. 2B eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils,
FIG. 2C eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils,
FIG. 3A eine Querschnittsansicht eines möglichen Stauungsmerkmals oder
Basismerkmals, in Form einer Erhebung oder Basiserhebung, FIG. 3B eine Querschnittsansicht eines möglichen Stauungsmerkmals oder
Basismerkmals, mit einer Vertiefung,
FIG. 3C eine Querschnittsansicht eines möglichen Stauungsmerkmals oder
Basismerkmals, mit zwei Vertiefungen,
FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 4D, FIG. 4E jeweils eine schematische Ansicht eines Musters von Stauungsmerkmalen,
FIG. 5 in schematischer Darstellung den Ausschnitt einer Maschine in Form einer
Brennkraftmaschine, aufweisend mehrere Gleitlager mit einem Lagerteil gemäß dem Konzept der Erfindung, vorliegend als rotierendes Gleitlager ausgebildet; also zur Lagerung eines rotierenden Bauteils wie einer Welle oder dergleichen,
FIG. 6 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Weiterbildung eines
Gleitlagers in Form eines Lineargleitlagers, also zur Lagerung eines linear bewegbaren Bauteils wie eines Schlittens oder dergleichen. FIG. 1A zeigt ein Gleitlager 1000 in einer Querschnittsansicht, mit einem Lagerteil 100 gemäß dem Konzept der Erfindung in Form einer Lagerschale 102. Zur besseren Übersicht ist lediglich die obere Hälfte des Querschnitts dargestellt. In der Lagerschale 102 des Gleitlagers 1000 ist ein weiteres Lagerteil 100 in Form eines drehenden Bauteils 1002, hier in Form einer Welle 1004, unter Ausbildung eines Strömungsspalts 200 zwischen der Lagerschale 102 und dem drehenden Bauteil 1002 drehbar aufgenommen. Die Welle 1004 kann insbesondere als Kurbelwelle 4002 einer Brennkraftmaschine 4000 ausgebildet sein. Gleichwohl können auch andere drehende Bauteile 1002 in einem Gleitlager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung aufgenommen werden. Durch die drehbare Lagerung der Welle 1004 kann sich diese in einer Rotation R relativ zur Lagerschale 100 drehen. Die Rotation R bestimmt eine Laufrichtung LR des Gleitlagers 1000. Die Laufrichtung LR beschreibt vorteilhaft die Richtung der Relativbewegung zwischen zwei Lagerteilen 100, insbesondere zwischen einer Lageschale 102 und einem drehenden Bauteil 1002.
In FIG. 1A ist ein vorteilhafter schichtweiser Aufbau der Lagerschale 102 sichtbar. Ausgehend vom Strömungsspalt 200 in einer radialen Richtung RR ist eine zum lagernden Gleiten ausgebildete Lagerschicht 140 in Form einer Gleitschicht 140.1, anschließend eine Zwischenschicht 130 und schließlich ein Basiskörper 120 in Form eines Grundkörpers 120.1 angeordnet. Die Gleitschicht 140.1 und die Lager-Zwischenschicht 130.1 erstrecken sich jeweils als Bahn über den Grundkörper 120.1. In anderen Ausführungsformen ist eine Anordnung einer Gleitschicht 140.1 direkt auf den Grundkörper 120.1 möglich. Die Zwischenschicht 130, insbesondere die Lager-Zwischenschicht 130.1, kann insbesondere in einem Mehrstofflager auch als Lagermetall bezeichnet werden.
Die Gleitschicht 140.1 ist aus einem, für eine gleitende Aufnahme der Welle 1004 geeigneten, Material gebildet, insbesondere einem Weißmetall auf Blei- und/oder Zinnbasis, Zinn, einer Aluminiumlegierung wie z. B. AISn, einer Kupferlegierung, einer Zinnlegierung wie z.B.SnCu, einer Bleilegierung wie z. B. Pb Sn oder PcCu, einem Sinterwerkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff. Zwischen der Welle 1004 und der Laufzone 140 im Strömungsspalt 200 ist vorteilhaft ein Schmierfilm 202 angeordnet.
Für das weitere Lagerteil 100 in Form des drehenden Bauteils 1002 ergibt sich in entgegengesetzter Richtung der radialen Richtung RR ein Schichtaufbau aus einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht 140 in Form einer Kontaktschicht 140.2, mit einer zum Strömungsspalt 200 hin gerichteten Lagerschichtoberfläche 142 in Form einer Kontaktoberfläche 142.2, und einem unterhalb der Kontaktschicht 140.2 liegenden Basiskörper 120 in Form eines Drehkörpers 120.2. In der gezeigten Ausführungsform weist das drehende Bauteil 1002 keine Zwischenschicht 130 in Form einer Bauteil-Zwischenschicht auf. In anderen Ausführungsformen ist dies jedoch ohne weiteres möglich. Genauso kann in anderen Ausführungsformen ohne weiteres eine Lagerschale 102 ohne Lager-Zwischenschicht 130.1 vorgesehen werden.
Das in FIG. 1 A sichtbare Detail X ist in FIG. 1B vergrößert, aber schematisch und insbesondere nicht maßstäblich dargestellt. Insbesondere ist hier der - zwischen der Gleitschichtoberfläche 142.1 der Lagerschale 102 und der Kontaktoberfläche 142.2 des drehenden Bauteils 1002 liegende - Strömungsspalt 200 sichtbar.
Die Gleitschicht 140 weist vorliegend eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, von denen eines in FIG. 1B beispielhaft gezeigt ist. Das Stauungsmerkmal 160 ist als eine in den Strömungsspalt 200 hineinragende Erhebung 162 ausgebildet. Durch das Hineinragen in den Strömungsspalt 200 ist das Stauungsmerkmal 160 zum Erzeugen eines fluidischen Widerstandes im Strömungsspalt 200 ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass das Stauungsmerkmal 160 ein Hindernis für durch den Strömungsspalt 200 strömende Fluide 201 darstellt. Derartige Fluide 201 können insbesondere durch Luft 222 oder Schmiermittel 224 gebildet sein. Ein Schmiermittel 224 kann vorteilhaft in Form eines Schmierfilms 202 auf der Gleitschichtoberfläche 142.1 und/oder der Kontaktoberfläche 142.2 vorliegen. Durch die in FIG. 1B angezeigte Bewegung der Rotation R des drehenden Bauteils 1002 bewegen sich im Strömungsspalt 200 befindliche Fluide 201 ebenfalls in die durch R gekennzeichnete Richtung, wodurch tendenziell ein Anstauen des Fluids, insbesondere des Schmierfilms 202, in Form einer Anstauung 204 in dieser Richtung R vor dem Stauungsmerkmal 160 erfolgt, in der FIG. 1B somit links von der Erhebung 162.
Alternativ oder zusätzlich, insbesondere in Abhängigkeit der Ausrichtung des Stauungsmerkmals 160 im Schwerefeld G der Erde kann durch ein Stauungsmerkmal 160, insbesondere eine Erhebung 162, ein Abfließen des Schmierfilms 202 erschwert oder sogar verhindert werden, um Schmiermittel 224 vorteilhaft in dem Bereich des Stauungsmerkmals 160 zu halten. Das Stauungsmerkmal 160, hier die Erhebung 162, weist eine Merkmalshöhe MH im Bereich von 5 pm bis lOOpm auf, mit der sich die Erhebung 162 in den Strömungsspalt 200 erstreckt. Das Stauungsmerkmal 160 ist vorteilhaft linienförmig ausgebildet, wobei das in FIG. 1B dargestellte Stauungsmerkmal 160 im Querschnitt dargestellt ist, indem die Linie senkrecht zur Zeichenebene der Figur verläuft.
FIG. 2A zeigt in Anlehnung der Darstellungsweise von FIG. 1B noch einmal allgemein einen möglichen Schichtaufbau eines Lagerteils 100. Die in FIG.2A, FIG. 2B und FIG. 2C gezeigten Lagerteile 100, 100‘, 100“ können sowohl eine Lagerschale 102 als auch ein drehendes Bauteil 1002 sein.
FIG. 2B zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Lagerteils 100', wie es beispielsweise als Lagerschale 102 und/oder als drehendes Bauteil 1002 in einem Gleitlager 1000, wie zum Beispiel in dem in FIG. 1 A gezeigten, eingesetzt werden kann.
Bei diesem Lagerteil 100' ist das Stauungsmerkmal 160 in Form der Erhebung 162 durch ein Basismerkmal 170, hier in Form einer Basiserhebung 172 erzeugt worden. Dies bedeutet, dass die geometrische Erzeugung des Stauungsmerkmal 162 durch Einbringen einer Struktur, insbesondere der Basiserhebung 172, unterhalb der Lagerschicht 140 erfolgt. Das Basismerkmal 170 bzw. die Basiserhebung 172 kann vorteilhaft im Basiskörper 120 oder - wie hier gezeigt - in der Zwischenschicht 130 eingebracht sein. Besonders vorteilhaft wird das Basismerkmal 170 auf der darunterliegenden Schicht, insbesondere dem Basiskörper 120 oder der Zwischenschicht 130, erzeugt, bevor die Lagerschicht 140 aufgebracht wird. Das Basismerkmal 170, vorzugsweise die Basiserhebung 172, weist vorteilhaft eine Basismerkmalshöhe BH von 5 pm bis lOOpm auf. Die Lagerschicht 140 kann insbesondere durch ein geeignetes Beschichtungsverfahren, beispielsweise Sputtern, Galvanik, PVD, CVD, oder einem Spray- Verfahren, aufgebracht werden. Durch die Struktur des Basismerkmals 170 ergibt sich in dazu korrespondierender Weise das Stauungsmerkmal 160 auf der Gleitschicht 140. Dies ist insbesondere der Fall, weil die Gleitschicht 140 relativ dünn ist, beispielsweise im Beriech von 5 pm bis 30 pm. Im Vergleich dazu kann die darunterliegende Zwischenschicht 130 eine Schichtdicke im Bereich von 0,2 mm bis 2mm aufweisen, und der darunterliegenden Basiskörper 120 eine Schichtdicke von 2 mm bis 20mm. Insbesondere entspricht eine Basismerkmalshöhe BH eines Basismerkmals 170 im Wesentlichen einer Merkmalshöhe MH eines durch das Basismerkmal 170 erzeugten Stauungsmerkmals 160. Ein Lagerteil mit durch Basismerkmale erzeugten Stauungsmerkmalen hat den Vorteil, dass sich die anschließend aufgebrachte Lagerschicht 140 als durchgängige Schicht über die vorher strukturierte Zwischenschicht 130 oder den vorher strukturierten Grundkörper 120 legt. Somit gibt es in der Lagerschicht 140 keine die Struktur schwächenden Öffnungen oder Unterbrechungen des Materials, wodurch die Tragfähigkeit der Gleitschicht 140 vorteilhaft erhöht wird.
Das Stauungsmerkmal 160 oder das Basismerkmal 170, insbesondere die Erhebung 162 oder die Basiserhebung 172 können mittels einer lokalen Materialbearbeitung, beispielsweise einer zerspanenden Bearbeitung wie Fräsen, Drehen oder dergleichen bekannten Verfahren, erzeugt werden. Vorteilhaft ist die lokale Materialbearbeitung eine thermische Materialbearbeitung, mittels der durch einen instantanen, lokalen Wärmeeintrag an der Stelle des zu erzeugenden Stauungsmerkmals 160 oder Basismerkmals 170 eine Volumenänderung hervorgerufen werden kann. Hierfür ist insbesondere ein Laserverfahren vorteilhaft geeignet, weil der Wärmeeintrag örtlich und/oder zeitlich präzise gesteuert werden kann.
In FIG. 2C ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils 100" dargestellt, bei dem ein Basismerkmal 170' in Form einer Basiserhebung 172' in den Basiskörper 120 eingebracht ist, und der Basiskörper 120 einschließlich der Anzahl von Basiserhebungen 172' von einer Lagerschicht 140 bedeckt ist. In der Lagerschicht 140 ergeben sich entsprechend Stauungsmerkmale 160 in Form von Erhebungen 162 an den Stellen, an den die Basiserhebungen 172' eingebracht sind.
In FIG. 3A, FIG. 3B und FIG. 3C sind Querschnitte von unterschiedlichen vorteilhaften Stauungsmerkmalen 160 bzw. Basismerkmalen 170 dargestellt, die in eine Lagerschicht 140, eine Zwischenschicht 130 oder einen Basiskörper 120 eines Lagerteils 100 eingebracht werden können. Dies ist jeweils in einer Schnittebene analog zu der von FIG. 1B dargestellt. In FIG. 3A ist analog zu den vorhergehenden gezeigten Ausführungsformen eine annähernd dreieckige bzw. glockenförmige Ausbildung eines Stauungsmerkmals 160 bzw. eines Basismerkmals 170 in Form einer Erhebung 162 bzw. Basiserhebung 172 dargestellt.
In FIG. 3B ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils 100 mit einem weiteren Stauungsmerkmal 160' bzw. einem weiteren Basismerkmal 170' dargestellt, dass im Unterschied zu FIG. 3A zusätzlich zu einer Erhebung 162 bzw. Basiserhebung 172 eine danebenliegende Vertiefung 164 bzw. Basisvertiefung 174 aufweist. Eine solche Vertiefung 164, 174 kann insbesondere bei einer volumenändemden, lokalen Materialbearbeitung bei der Erzeugung des Weiteren Stauungsmerkmals 160' bzw. Basismerkmals 170' entstehen, wenn Material aus der Vertiefung 164, 174 in die Erhebung 162, 172 bewegt wird. Ein derartiger Aufbau mit einer danebenliegenden Vertiefung 164, 174 kann beispielsweise mittels eines geneigten, d. h. nicht senkrecht auf die Oberfläche des Lagerteils 100 gerichteten, Laserstrahls erzeugt werden. Vorteilhaft kann die Vertiefung 164, 174 in Laufrichtung LR betrachtet vor und/oder hinter der Erhebung 162, 172 liegen.
In FIG. 3C ist eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines Lagerteils 100 mit einem noch weiteren Stauungsmerkmal 160" bzw. noch weiteren Basismerkmals 170" dargestellt. Das noch weitere Stauungsmerkmal 160" bzw. noch weitere Basismerkmal 170" weist einen symmetrischen Querschnitt auf, der eine mittig liegende Erhebung 162 bzw. Basiserhebung 172 aufweist, und danebenliegend auf beiden Seiten eine Vertiefung 164 bzw. Basisvertiefung 174. Ein solcher, symmetrischer Querschnitt kann beispielsweise mittels eines senkrecht auf die Oberfläche des Lagerteils 100 gerichteten Laserstrahls erzeugt werden.
Die in FIG. 3A, FIG. 3B und FIG. 3C gezeigten Stauungsmerkmale 160 bzw. Basismerkmale können mit den oben gezeigten und/oder beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden und können auch einen anderen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen trapezförmigen, kreisrunden oder dergleichen geeigneter Querschnitt.
In FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 4D und FIG. 4E sind unterschiedliche Muster 190 von Stauungsmerkmalen 160 beispielhaft gezeigt. Die Muster 190 sind jeweils über eine Lagerbreite 1030 eines Lagerteils 100 dargestellt. Dabei ist die Lagerschichtoberfläche 142 des Lagerteils 100 im - entlang der Richtung der Rotation R - aufgerollten Zustand entlang einer Umfangsrichtung 1040 ausschnittsweise abgebildet. Das heißt insbesondere, dass nicht der gesamte Umfang, sondern nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Die in diesen Figuren dargestellten Stauungsmerkmale 160 können insbesondere vorteilhaft einen der in FIG. 3A, FIG. 3B, FIG. 3C gezeigten Querschnitte aufweisen.
In FIG. 4A weist das Lagerteil 100 eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, die als linienförmige Stauungsmerkmale 180, hier speziell als gerade Stauungsmerkmale 182 gebildet sind. In FIG. 4B weist das Lagerteil 100 eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, die als linienförmige Stauungsmerkmale 180, hier speziell als V-förmige Stauungsmerkmale 184, gebildet sind. In FIG. 4C weist das Lagerteil 100 eine Anzahl ZA von Stauungsmerkmalen 160 auf, die als linienförmige Stauungsmerkmale 180, hier speziell als wellenförmige Stauungsmerkmale 186, gebildet sind.
Die in FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C gezeigten linienförmigen Stauungsmerkmale 180 sind in einem Muster 190 äquidistant über den Umfang des Lagerteils 100, senkrecht zur Richtung der Rotation R, angeordnet.
In FIG. 4D und FIG. 4E sind Stauungsmerkmale 160 in Form von linienförmigen, geraden Stauungsmerkmalen 180, 182 gezeigt mit weiteren Mustern 190‘, 190“.
In FIG. 4D ist ein weiteres Muster 190' dargestellt mit zwei Teilmustem, nämlich einem ersten Teilmuster 192.1 und einem zweiten Teilmuster 192.2, die nebeneinander über die Lagerbreite 1030 auf der Lagerschichtoberfläche 142 angeordnet sind. Zwischen den beiden Teilmustem 192.1, 192.2 ist ein Unterbrechungsbereich 194 ohne Stauungsmerkmale 160 angeordnet.
In FIG. 4E ist ein noch weiteres Muster 190" dargestellt mit einer abwechselnden Anordnung von jeweils einem Teilmuster 192 mit Stauungsmerkmalen 160 und einem Unterbrechungsbereich 194 ohne Stauungsmerkmale 160. Ein Teilmuster 192 und ein Unterbrechungsbereich 194 sind abwechselnd entlang der hier ausschnittsweise dargestellten Umfangsrichtung 1040 des Lagerteils 100 angeordnet. Dabei erstreckt sich ein Teilmuster 192 über eine erste Umfangslänge 1042, und ein darauffolgender Unterbrechungsbereich 194 über eine zweite Umfangslänge 1044. Die erste Umfangslänge 1042 und die zweite Umfangslänge 1044 können vorteilhaft wie hier gezeigt gleich groß sein. In anderen Ausführungsformen können die erste Umfangslänge 1042 und die zweite Umfangslänge 1044 unterschiedlich groß sein. Pro Teilbereich 192 kann eine feste Anzahl von äquidistant verteilten Stauungsmerkmalen 160 vorgesehen sein, beispielsweise wie hier gezeigt, eine Anzahl von vier.
Die in Fig. 4D und Fig. 4E gezeigten Ausführungsformen können auch eine größere Anzahl von Teilmustern 192 aufweisen. Insbesondere in Bezug auf Fig. 4D sind Ausführungsformen mit mehreren Unterbrechungsbereichen 194 möglich. Auch sind Mischformen der in Fig. 4D und Fig. 4E gezeigten Ausführungsformen möglich, sodass sich eine musterartige, insbesondere matrixartige, Anordnung von Teilmustem 192 und/oder von Stauungsmerkmalen 160 ergibt. FIG. 5 zeigt in schematischer Darstellung den Ausschnitt einer Maschine 3000 in Form einer Brennkraftmaschine 4000 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, mit einem drehenden Bauteil 1002 in Form einer Welle 1004, hier einer Kurbelwelle 4002, wobei die Brennkraftmaschine 4000 vier Zylinder ZI, Z2, Z3, Z4 aufweist, welche jeweils über Pleuellager 1304 zur Erzeugung eines Drehmoments mit der Kurbelwelle 4002 drehbar verbunden sind. Das drehende Bauteil 1002 ist vorliegend über vier Grundlager 1000.1, 1000.2, 1000.3 und 1000.4, welche jeweils als Gleitlager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildet sind, drehbeweglich um eine Drehachse DA gelagert. Folglich ist das drehende Bauteil 1002 über ein erstes Gleitlager 1000.1, ein zweites Gleitlager 1000.2, ein drittes Gleitlager 1000.3 und ein viertes Gleitlager 1000.4 in der Brennkraftmaschine 4000 gelagert. Die Brennkraftmaschine 4000 weist weiterhin ein Schmiersystem 220 auf, welches die Gleitlager 1000.1, 1000.2, 1000.3, 1000.4 mit einem Strom eines Schmiermittels 224 zur Bildung eines Schmierfilms 202 versorgt. Dafür weist das Schmiersystem 220 eine Schmiermittelpumpe 222 auf. Vorliegend ist das Schmiersystem 220 sämtlichen Lagern zugeordnet. In Weiterbildungen ist es gleichwohl möglich, dass einzelne Lager oder jeweils zusammengefasste Untergruppen von Lagern ein eigenes Schmiersystem aufweisen. Weiter kann das Schmiersystem 220 auch einen Ölfilter 226 aufweisen. Die Brennkraftmaschine 4000 kann eine oder mehrere Nockenwellen 4006 aufweisen, wobei eine Nockenwelle 4006 hier schematisch mit fünf Nockenwellenlagern 4008 dargestellt ist. Vorteilhaft ist mindestens ein Nockenwellenlager 4008 als Gleitlager 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildet.
Ein Lagerteil 100, 100‘, 100“ gemäß den bevorzugten Ausführungsformen kann gleichwohl in weiteren Lagern der Brennkraftmaschine 1100 eingesetzt werden, beispielsweise in den Pleuellagem 1304 und/oder Pleuelaugenlagern 1500 oder in den Lagern einer Nockenwelle 4006.
In einer anderen Ausführungsform kann die Maschine 3000 auch als eine andere Maschine, beispielsweise als elektrische Maschine 5000 oder als Getriebe 6000 oder als Turbolader 7000, insbesondere als ein Abgasturbolader, ausgebildet sein. Eine derartige Maschine 3000 weist ein Gleitlager 1000 auf, welches beispielsweise allgemein zur Lagerung als eine Antriebs- oder Abtriebswelle oder Lagerwelle, ausgebildet sein kann - vorliegend als rotierendes Gleitlager ausgebildet; also zur Lagerung eines rotierenden Bauteils wie einer Welle oder dergleichen. Vorteilhaft trifft dies zu für den Fall eines Gleitlagers 1000:
- bei einer elektrischen Maschine 5000 zum Lagern eines Rotors oder
- bei einem Getriebe 6000 zum Lagern einer Welle 1004, oder - bei einem Turbolader 7000 zum Lagern einer Turboladerwelle zwischen einem Verdichter und einer Turbine des Turboladers.
Eine Brennkraftmaschine oder ein Genset oder ein Hybridantrieb (ein Genset oder ein Hybridantrieb weisen eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine; insbesondere als elektrischer Generator und/oder Elektromotor, auf) kann auch als eine Maschine 3000 mit einigen oder mehreren oder allen oben genannten Merkmalen ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Brennkraftmaschine oder ein Genset oder ein Hybridantrieb einen Turbolader 7000 zum Lagern einer Turboladerwelle zwischen einem Verdichter und einer Turbine des Turboladers aufweisen und/oder ein Getriebe 6000 zum Lagern einer Welle 1004 aufweisen. FIG. 5 zeigt in schematischer Darstellung, insofern der Einfachheit halber, diese eine oder mehreren möglichen kombinierten Ausführungsformen in einer Zusammenschau, ohne einschränkend zu sein.
FIG. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Weiterbildung eines Gleitlagerrs 1000 in Form eines Lineargleitlagers 1010; also zur Lagerung eines linear bewegbaren Bauteils wie eines Schlittens oder dergleichen.
Das Lineargleitlager 1010 weist ein Lagerteil 100 in Form einer Linearführung 1012 auf. Das Lineargleitlager 1010 weist ein weiteres Lagerteil 100 in Form eines Linearschlittens 1014 auf, der relativ zur Linearführung 1012 entlang einer Laufrichtung LR bewegbar ist. Die Linearführung 1012 und/oder der Linearschlitten 1014 können vorteilhaft ein oder mehrere Stauungsmerkmale 160 gemäß dem Konzept der Erfindung aufweisen. Vorteilhaft weist einer der beiden Lagerteile 100, also die Linearführung 1012 oder der Linearschlitten 1014, ein oder mehrere Stauungsmerkmale 160 auf. Die Linearführung 1012 und/oder der Linearschlitten 1014 können vorteilhaft einen in FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 3A, FIG. 3B und/oder FIG. 3C gezeigten Aufbau aufweisen. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Lagerteil
100‘ weiteres Lagerteil
100“ noch weiteres Lagerteil
102 Lagerschale
120 Basiskörper
120.1 Grundkörper
120.2 Drehkörper
130 Zwischenschicht
130.1 Lager-Zwischenschicht
130.2 Bauteil-Zwischenschicht
140 Lagerschicht
140.1 Gleitschicht
140.2 Kontaktschicht
142 Lagerschichtoberfläche
142.1 Gleitschichtoberfläche
142.2 Kontaktoberfläche
160 Stauungsmerkmal
162 Erhebung
164 Vertiefung
170 Basismerkmal
172 Basiserhebung
174 B asi sverti efung
180 linienförmiges Stauungsmerkmal
182 gerades Stauungsmerkmal
184 V-förmiges Stauungsmerkmal
186 wellenförmiges Stauungsmerkmal
190 Muster von Stauungsmerkmalen
190‘, 190“ Muster
192, 192.1, 192.2 Teilmuster, erstes und zweites Teilmuster 194 Unterbrechungsbereich 200 Strömungsspalt
201 Fluid 202 Schmierfilm
204 Anstauung
220 Schmiersystem
222 Luft
224 Schmiermittel
226 Ölfilter
1000 Gleitlager
1000 1-4 erstes bis viertes Gleitlager
1002 Bauteil
1004 Welle
1010 Lineargleitlager
1012 Linearführung
1014 Linearschlitten
1030 Lagerbreite
1040 Umfangsrichtung des Lagerteils
1042 erste Umfangslänge
1044 zweite Umfangslänge
1100 Brennkraftmaschine
1304 Pleuellager
1500 Pleuelaugenlager
3000 Maschine
4000 Brennkraftmaschine
4002 Kurbel welle
4006 Nockenwelle
4008 N ockenwell enl ager
5000 elektrische Maschine
6000 Getriebe
7000 Turbolader
DA Drehachse
G Schwerefeld der Erde
BH Basismerkmalshöhe
LR Laufrichtung
MH Merkmalshöhe R Rotation
RR radiale Richtung
X Detail
ZA Anzahl

Claims

ANSPRÜCHE
1. Lagerteil (100) für ein Gleitlager (1000) mit einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140), insbesondere Lagerschale (102) mit Gleitschicht (140.1) auf einem Grundkörper (120.1) oder drehendes Bauteil (1002) mit Kontaktschicht (140.2) auf einem Drehkörper (120.2), wobei sich die Lagerschicht (140) als Bahn über einen Basiskörper (120) erstreckt und zu einem zwischen zwei Lagerteilen (100) gebildeten Strömungsspalt (200) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162) in der Lagerschichtoberfläche (142) der Lagerschicht (140) ausgebildet ist.
2. Lagerteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) eine geometrische Form aufweist.
3. Lagerteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) zudem eine sich von dem Strömungsspalt (200) weg erstreckende Vertiefung (164) aufweist.
4. Lagerteil (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) in oder auf der Gleitschicht (140) angeordnet ist oder mittels dem Verlauf der Gleitschicht (140) gebildet ist.
5. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht (120), insbesondere eine Lager-Zwischenschicht (130.1) oder eine Bauteil-Zwischenschicht (130.2), die in radialer Richtung (RR) an einer von dem Strömungsspalt (200) abgewandten Seite der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) angeordnet und von dieser unterscheidbar ist.
6. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Basiskörper (120) und/oder auf der Zwischenschicht (130) ein Basismerkmal
(170) angeordnet ist zur Erzeugung des Stauungsmerkmals (160) in der Lagerschicht (140).
7. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) als ringförmig geschlossene Bahn über den Basiskörper (120) erstreckt.
8. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerteil (100), insbesondere die Lagerschale (102), zumindest teilweise aus einem der folgenden Materialen hergestellt ist: Stahl, Zinn, Bronze, AlSn-Legierung, Sn, AISn, SnCu, PbSn, PbCu, Polymer, Messing, Messing, Peak, PEEK oder Composite-/Verbundmaterial.
9. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauungsmerkmal (160) linienförmig ist.
10. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (ZA) von mindestens einem Stauungsmerkmal (160) in einem wiederkehrenden Muster (190) angeordnet ist, insbesondere äquidistant über einen Umfang des Basiskörpers (120) angeordnet ist.
11. Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerteil (100) in Form einer Lagerschale (102) gebildet ist, insbesondere als eine
Lagerschale (102), die insbesondere ausgebildet ist für ein Gleitlager (1000).
12. Gleitlager (1000), insbesondere für ein Lager, vorzugsweise Grundlager (4004), Hauptlager oder Pleuellager (1304), zur Lagerung einer Welle (1004) einer Brennkraftmaschine (1200), vorzugsweise zur Lagerung einer Kurbelwelle (4002) oder Nockenwelle (4006), aufweisend mindestens ein Lagerteil (100) nach einem der vorherigen Ansprüche.
13. Gleitlager (1000) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1000) ein oder mehrere Lagerteile (100) aufweist, und ein erstes Lagerteil ausgebildet ist als eine Lagerschale (102) mit einem als Grundkörper (120.1) ausgebildeten Basiskörper (120) und einer zur Aufnahme eines drehenden Bauteils (1002) ausgebildeten Gleitschicht (140.1), wobei die Gleitschicht (140.1) sich als Bahn über den Grundkörper (120.1) erstreckt und eine zu einem drehenden Teil (1002) gerichtete Gleitschichtoberfläche (142.1) ausgebildet ist, und/oder ein zweites Lagerteil ausgebildet ist als ein drehendes Bauteil (1002), insbesondere die Welle (1004), aufweisend eine Kontaktoberfläche (142.2) und eine darunterliegende Kontaktschicht (140.2), wobei die Kontaktschicht (140.2) sich als Bahn über einen als Drehkörper (120) ausgebildeten Basiskörper (120) erstreckt und die Kontaktoberfläche (142.2) zur Lagerschale (102) gerichtet ist, und wobei zwischen der Kontaktoberfläche (142.2) und der Gleitschichtoberfläche (142.1) ein Strömungsspalt (200) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (102) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162), insbesondere in der
Gleitschichtoberfläche (142.1) der Gleitschicht (140.1), ausgebildet ist, und/oder das drehende Bauteil (1002) eine Anzahl (ZA) von mindestens einem, einen fluidischen Widerstand im Strömungsspalt (200) erzeugenden Stauungsmerkmal (160) aufweist, das als eine in den Strömungsspalt (200) hineinragende Erhebung (162), insbesondere in der
Kontaktoberfläche (142.2) der Kontaktschicht (140.2), ausgebildet ist.
14. Maschine (3000), insbesondere Brennkraftmaschine (4000) oder elektrische Maschine (5000) oder, mit einem Lagerteil (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder einem Gleitlager (1000) gemäß Anspruch 12 oder 13.
15. Maschine (3000) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als eine Brennkraftmaschine (4000) ausgebildet ist.
16. Maschine (3000) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als eine elektrische Maschine (5000) ausgebildet ist.
17. Maschine (3000) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als ein Getriebe (6000) oder eine Turboladeranordnung (7000), insbesondere ein Abgasturbolader, ausgebildet ist.
18. Maschine (3000) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Maschine (3000) eine Brennkraftmaschine (4000) ist, die aufweist:
- eine Kurbelwelle (4002) und mindestens ein Grundlager (4004) zum drehbaren Lagern der Kurbelwelle (4002), und/oder eine Nockenwelle (4006) und mindestens ein Nockenwellenlager (4008), wobei das Grundlager (4004) und/oder das Nockenwellenlager (4008) ausgebildet ist als Gleitlager (1000) gemäß Anspruch 12 oder 13.
19. Verfahren zur Herstellung eines Lagerteils (100) für ein Gleitlager (1000), insbesondere einer Lagerschale (102) oder eines drehenden Bauteils (1002), aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Basiskörpers (120),
Aufträgen einer zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140), insbesondere durch Sputtern, gekennzeichnet durch den Schritt:
Einbringen eines Stauungsmerkmals (160), das ausgebildet ist zum Erzeugen eines fluidischen Widerstands in einem Strömungsspalt (200) des Gleitlagers (1000).
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: vor dem Aufträgen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140): Aufträgen einer Zwischenschicht (130) auf den Basiskörper (120).
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Stauungsmerkmals (160) ein Basismerkmal (170) auf den Basiskörper (120) oder die Zwischenschicht (130) eingebracht wird, wobei insbesondere das Einbringen eines Stauungsmerkmals (160) vor dem Aufträgen der zum lagernden Gleiten ausgebildeten Lagerschicht (140) erfolgt.
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