DE1625627A1

DE1625627A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE1625627A1
Application number: DE19671625627
Authority: DE
Inventors: Alfons Denz; Dipl-Ing Eckehard Grau; Dipl-Ing Guenter Koepke; Erwin Strasser
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1967-11-24
Filing date: 1967-11-24
Publication date: 1970-08-06

Description

Die be-f"--.f3-b sich mit der Auf g ab e ein wartungsfreies

VIC-#rtiLngu"--.rhieb "-:#'leitlüger; auf metallischer Basis herzustel-

len. -,hartungsfreie -uuid i-,T.%i-tungsarme'Gleitlager mit Gleitflächen

un

vorwiegend 1h,' ststoff' wie Pol-.#-tetrafluoräthl#ilen, -sind be-

-uird in diesem beiopielsweise auf die

962 561 verwiesen, die vorschlägt, das

mit Hetallzusatz. in ein- poröses-, zusaMMer).-

einzubringen. Ueite -gehört zum 3tand der

1--*e,#,h.-ni,l#: eln Gleitl,ager, bei vielchem ein ähnliches

.,t ein z eingevialzt wird. I n b eiden

Ausführun, en werden zvi.-r die bekannten der weinen

?.,-urLc;-Ls,t.ofie, hohe ICriecline-igung,:-ger-inge mecha-

nische und -boi..r,.reiiste Triagfähigkeit, vermindert, je--

öoc;h die -cuu dem Gleitraum -noch -nichtz optimal.

Luierdem L-"t die ii.(_#r";-tel'Lung deroxtiger VerbLuidlager kostspielig.

ei:#iter sind me4tallilr#,dhe Gleitlager als -ölgetr-änkte

belci-#-yiyL-U. Daä, Leistungsvermögen solcher Sinterlager

C-

ist jedo(#li "".u(-li

Eu sind chon Vorouche unternommen worden, eine metallische

Gleitflä(jho zur Erhöhung der Gleiteigenochaften durch -weichere

Stoffe aufzulackern. So ist beispielsweise in der schweize-rischen

Patentschrift 206 788 ein Lietc-tllgleitle.ger'beschrieben'und dar-

gestellt, dessen B:tützschale aus einem däuerstand- und warmfesten

Iletall besteht mit zur iufnahme spezifisch- höherer -1.lellendrücke

bestimmten Kämmen. Zwischen diesen Kämmen soll sich eine Aus-

gußmasse- m it guten Gleiteigenschaften befinden. Ein #.#;eiterer in

dieser Richtung liegender Vorschlag ist durch die deutsche Pa-

tentschrift 154 6 26 offenbart. Bei dieser bekannten L'Lusfithrtuig#-

form soll die Lagerschale aus Eisenlegierungen oder Bronze be-

stehen, während die Poren und Unebenheiten der Gleitfläche mit

verhältnismäßig weichen Stoffen, wie Z. B. Ueichmetall oder

Kunstharz, ausgefüllt sind. Schließlich ist auf diesem Gebiet

noch die britische Patentschrift 683 404 zu nennen, die eine

Lauffläche mit einem kreuzweise verlaufenden Nutensystem offen-

bart, dessen Vertiefungen z. B. mit Silber ausgefüllt sind.

All diese bekannten Vorschläge für wartungsfreie bzw. wartungs-

a I rme, auf metallischer Basis beruhende Gleitlager haben sich

offensichtlich in der Praxis nicht bewährt, da hierfür vornehm--

lich nur Gleitlag er auf Kunststoffbasis bekanntgeworden sind.

Die Erfindung geht von einem Gleitlager mit einer Lauffläche

aus Metall aus,. die stellenweise durch weichere Gleitwerkstoffe

ersetzt ist. Zur erfolgreichen Verwirklichung eines wartungs-

,freien Gleitlagers auf metallischer Basis schlägt die Erfindung

vorg daß die Lauffläche aus Aluminium oder aus dessen Legieruli-

gen besteht,- in der sich Vertiefungen befinden, die mit gleit-

fähigen Kunststoffen ausgefüllt sind. Diese erfindungsgemäße

Pc.#-,runG2-von Gleitwerkstoffen, die nebeneinander in der Lauffläche

c-iigeordnet sind, hat sich überraschenderweise hervorragend für

den Einsa-L-,z als wartungsfreies bzw. wartungsarmes Lager bewährt,

so daß auch an den Einsatz für höhere Belastungen, beispiels-

v..--eise in Form von Kurbelwellen- und Pleuellagern bei Verbrennungs-

motvoren gedacht Werden känn. Der metallische 1.a-iteil der Lager-

oberfläche ka-iin dabei 0 bzw.-5 50' bis 95 vorzugsweise 0 bzw.

/0 für wartungsarme

5 bis 20 i/5'7 für wartungsfreie und 40 bis 65

Lager betragen, woraus, die jeweiligen i'alteile- der Nunststoffober-

fläche zu errechnen sind. Versuche bei beiden genannten Bedin-

gl-Lligen haben dabei gezeigt, daß es gelingt, durch diesen erfin-

dun gsgemä ßen Lageraufbau optimale Verhältnisse in bezug-auf librme-

tung und mithin auf Itleibung und 'Verschleiß zu erreichen.

e.blei

Die sich dabei ausbildenden mittleren Lagertemperaturen lagen

bei sonst gleichen Betriebsbedingungen (Umfaug.sgesclivrindigkeit"

mittlere Flächenp#ressung, relatives Lagerspiel-etc..) und gleicher

Lagerdimensionierung viesentlich tiefer'als bei vergleichbaren

I[unststoff-Verbundlagern bekannter, vorausgehend beschriebener

Ausführung, Damit liegt ein wesentlicher technischer Fortschritt

vor. Darüberhinaus bietet der erfindungsgemäße Lageraufbau auch

wesentliche wirtschaftliche Vorteile, was gleichf-alls als ein

beachtlicher Fortschritt anzusehen ist.

Die Vertiefungen können dabei, wie Versuche gezeigt haben, die

verschiedensten Formen aufweisen. So sind z..B. pyramiden-, sä-#

ge,zahn-, kegel- oder kugelartige Ausführungen möglich. Für

dVnamische Belastung wer-den diese Vertiefungen mit Vorteil im

Kerbgrund ausgerundet. Am besten eignen sich kugelförmige Vertie-

funden. Ferner kann es. sich als vorteilhaft erweisen, die besagten

Vertiefungen nach Einbringen des I[unststoffes durch einen zwei-

ten Arbeitsgang ( z. B.- '#fa'lzenopera.tion) z. 12. wieder zu

schließen, und zwar zur Verbesserung der Wärmeableitung und zur

Verankerung des Kunststoffes im Lagermetall, Die bei diesem nach-

folgenden Arbeitsgang entstehenden weiteren Vertiefungen in

der Lagerlauffläche können mit Vorteil für den Lagerbetrieb mit

einem geeigneten Ochmierstoff (Fett oder Öl) ausgefüllt werden-,

wodurch die Lebensdauer des Lagers größer wird.

Weiterhin haben praktische.Untersuchungen ergeben, daß sich be-

sonders für höhere Belastungen für den metallischen Anteil der

Lagerfläche eine Aluminiumlegierung der nachstehenden Zus ammen-

setzung bewährt hat:

5 bis 30 % Zinn,

unci/oder 3 -bis 15 % Bleig

0 bis 12 % Silizium,

Rest Aluminium

Als Kunststoffe kommen im Rahmen der Erfindung zunächst ein-mal

alle gleitf ähigen Kunststoffe, wie z. B. Polytetrafluoräth#vlent

.P olVtetrafluor-Benzol, Acetal, Polvester, Polimide oder PolVamide,

insbesondere das 11-Polvamid, in Betracht. Wiederum unter dem

Gesichtspin,Lkt einer.höheren Belastbarkeit ist es -e-rfind-ungsgemäß

vorteilhaft, wenn diesen Kunststoffen metallische-Anteile-von

Aluminium, Ziinn Blei Indium, Cadmium- Thallium und dessen Oxide

oder deren Chalkogenide einverleibt sind, und zwar einzeln oder

gemischt.

Dabei können diese Eietallzusätze z. B, in kugeliger- oder

spraziger-Porm in die Vertiefungen eingebracht werdeng#UM die

Uärmeableitung aus dem Lagerspalt und die Verankerung des Kunst-

Stoffes.-zu verbessern. 1.7eiterhin hat es.sich als vorteilhaft er-

wiesen,--wenn der metallischb Teil des erfindungsgemäßen Lagerkör-

pers auf eine o"tützs,chale a-us--Stahi aufplattieTtl aufgedntert

oder auf sonstige Veise, befestigt ist, Die stählerne Stützschale

ermöglicht einen-einvip-zdfrei,en Preßsitz und gestattet-darüber-

hinaus,im.Interesse einer höheren Belastungßfähigkeit den tragen-

den Lag.erkörper dünn auszuführen.

In den Abbildungen sind einige erfindungsgemäße Lager zaichnerisch

erläutert.

Die Abbildungl als Draufsicht, die Abbildung 2 als Schnitt a b-

gemäß der.Abbildung 1 und die-Abbildung 3 als Sohnitt-c d ge-

mäß Abbildung 1 zeigen beis.pie.lsweige ein Rändelprofil mit pyra-

midenförmigen Vertiefungen-2, in der Lauffläche 1. Där Querschnitt

der :Pzrramiden kann in. quadratischer oder rechteckiger Form,- ge-

wählt werden -d. h. die- spi tzen Winkel a und können in- e:#ner

Größe. je nach den Erfordernissen bzw. Eigenschaften de.s zu ver-

wendenden Kunststoffs variieren, d. h. es sind verschiedene

Profilteilungen möglich. Ferner- kann die Profiltiefe h inner-

halb gewisser Grenzen verändert werden. Die Vertiefungen können

außerdem als kegelige Pyramiden ausgeführt sein.

Die Abbildung 4 (Draufsicht), Abbildung 5 (Schnitt e --f gemäß

Abbildung 4), Abbildung 6 (Schnitt.g - h gemäß Abbildung 4)

zeigen ein Rändelprofil mit py.ramidenartigen Erhöhungen 3-zwi-

schen denen sich entsprechend ausgebildete Vertiefungen 4 befin-

den. Dieses Ausführungsbeispiel stellt das Reziprok-:Profil zu

demjenigen gemäß den Abbildungen 'l bis 3 dar. Die 7ertiefungen

ergeben sich hier in einer anderen Form. Bezüglich der Variation

des Querschnitts dieser pVramidenartigen, Erhöhungen bzw. der

spitzen Winkel a und p gilt analog dasselbe wie unter Abbildungen

1 bis 3 ausgeführt. Die Abbildung 7 zeigt als Anschauungsbeispiel

zwei i#,Iöglichkeiten, wie der Kunststoff (I) in die Vertiefungen

eingebracht- werden kann-0 Der metallische Anteil des lagerkörpers

(II) an der Lagerlauffläche kann wahlWeise kleiner 0 oder größer 0

sAinö Im ersten Fall ragen also die pyramidenaxtigen Erhöhungen

des Lagerkörpers z. T. in die" Lagerlauffläche hineing im letzten-.

Fall werden.sie durch eine zusammenhängende Xunststoffschicht

vollkommen überdeckt. Theoretisch ist auch der Fall-möglichy wo

dieser metallische Anteil gleich 0 ist.

Die Abbildung68 (Draufsicht)p Abbildung 9,(Schnitt i Ab-

bildung 10 (Schnitt k 1) sowie Abbildung 11 (Draufsicht),

Abbildung 12 (Schnitt -m n) Abbildung 13 (S-chnit t o -p) - s tel-

len zwei weitere mögliche Ausführungsh-eispidle für di-e wändel-

profilartige Ausbildung der Lagerwerkst-off-Oberfläche_(Lagerkör--

per) dai#x in d.eren Vertiefungen '5 und 6 der Kunststoff einge-

bracht-wird. Auch diese Formen lassen sich entsprechend modi-

f izieren.

In der Abbildung 14 (Schnitt F F)q der Abbildung 15'(Schnitt

q - r) und-der Abbildung 16 (Schnitt s -,t) ist ein weiteres

Beispiel eines pv.ramidenförmigen Profils 7 dargestellt in dessen

Vertiefungen 8 abei# zusätzlich zum'Iütmststoff# (-II I) 1V1etallteile

(IV)q hier in Form von Kugeln 9, eingebracht sind. Eine Variante

zu diesem Ausführungsbeispiel ist zlur Erläuterung in den Abbil-

dungen 17, 18 und 19 gezeigt. Kugeln 10, 119 12 verschiedener

Größen können hierbef Verwendung finden (Abbildung 17), d - ie an

vier Stellen 1,3-in den pVramidenförmigen Vertiefungen14 zur An-

lage kompnen was . dieWärmeableitung begünstigt (Abbildung 18-).

Durch das Eindrücken der Kugeln 12 entsprechend Abbildung 19 kann

eine besonders gute Verankerung sowohl für die,Kugel wie auch

für den in die Vertiefungen -15 eingebrachten Kunststoff erzielt

werden.

Die Abbildung 20 (Draufsicht), Abbildung 21 (Schnitt u v) und

.Abbildung 22 (Schnitt w - x) sowie Abbildung'23 (Draufsicht),

Abbildung 24 (Schnitt y. - z) veranschaulichen -zwei weitere Aus;-

führungsbeispiele mit kugelförmigen Vertiefungen 16. Nach Ein-

bringung des Kunststoffs können diese Vertiefungen in einem

nachfolgenden Arbeitsgang z. T. wieder geschlossen werden,

was einer Art Verstemmung gleich kommt und wodurch eine bessere

Verankerung des Kunststoffs erreicht wird. Die dabei entstehen-

den Vertiefungen 17 (Abbildung 21) bzw. 18 (Abbildung 24) können

mit Vorteil zur Vergrößerung der Lebensdauer des Lagers. iait

Schmierstoff (Fett oder Öl) gefüllt werden.

Schließlich zeigen die Abbildimgen 25 (Schnitt z), l#bbil-

dung 26 (Draufsic-ht) sowie die Abbildungen 27, 28, 29 und 30

zwei weite.re Ausführungsbeispiele mit kegelförmigen bzw. säge-

zahnartigen Vertiefungen 19. Diese Vertiefungen können zuch

hier durch einen nachfolgenden Arbeittgang z. T. wieder ge-

schlossen werden (bessere Vermkerung des Kunststoffs), wodurch

die Vertiefungen 20 (Abbildung 25) entstehen, bzw. die Sägezähne

des Profils nach den Abbildungen 27 und 28, bzw. 29 und 30 um-

gebogen werden, In den Abbilduungen 29 und 30 ist fern eN., ög_

lichkeit der'Verwendung von Metalltellen. (21) mit eingeschlossen.

Die Form dieser 1.ile-tallteile kann wie hier kugelförmig sein, es

kann aber auch jede andere Form (sprazig etc4) gewählt werden.

Claims

P a t e n t a n s ü c h e 1 Gleitlager mit einer Laufflächä: aus Metall, dfe stellenweise durch weichere Gleitwärkstoffe ersetzt ist->-dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (1) aus Aluminium-oder aus-dessen Legierungen be-- in steht', der-sich Vertiefungen (2, 49 5# 6s 8914915-, 16, 19)-der verschiedensten Form befinden, die mit gleitfähigenKunststoffen mit öder ohne metallische Zusätze ausgefüllt sind. 2. Gleitlager nach lLuspruch-1". dadurch gekennzeichnet, daß der Lau-f- flächenanteil des massiven Lagerkörpers 0 bzw. 5-%o b-is 95 vorzugsweise 0 bzw. 5 % bis 20 gfo für wartungsfreie und 40 bis 65 für wartungsarme Lager beträgt. 3. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch-gekennzeichnet, daß der Laufflächen#inteil des massiven Lagerkörpers aus einer le- gierung mit der nachstehenden Zusammensetzung besteht: 5 bis 30 Sn und/oder 3 bis 15 Pbg 0 bis 12 dIG Sig Rest Al 49 #GleitlaG-er nach den Anoprüchen 1 bis 3, dadurch Eekennzeichnet, daß die Vertiefungen mit Pölvtetrafluoräth-y#len ausgefüllt sind. nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ßekennzeichnet, daß die Vertiefungen mit Polv.tetraflüor-3enzol ausgefüllt sind,

6. 'Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen mit Acetalausgefüllt sinj. 7. Gleitlager nach den Ansprüchen 1-bis 3, dadurch Fekennzeichnet, daß die Vertiefungen mit Poly.ester-ausgefüllt sind. 8. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch-gekennzeichnet, daß- die Vertiefungen mit Polv.amid.en (insbesondere Polvamid 11) und/oder 2?olvimiden ausgefüllt sind. Gleitlager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, Aadurch gekennzeichnet, daß demKunststoff metallische Anteile von Aluminium, Zinn, Blei, Indium, Cadmiumj Tlfal!2'.u'm, Oxi*de oder andere Chalkogenide -einzeln oder gemischt einverleibt sind. 10. Gleitlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet" daß der AluminiumzuiLtzzum Kunststoff 8 bis 35 Vol.49 vorzugsweise 10 bis 25 Vol.-7o' beträgt. 11-. Gleitlager nach Anspruch 9, dadurch Zekennzeichnet, daß der Bleizusatz zum Kunststoff 8 bis '35 Vol.-1,u(#, vorzugsweise 10 bis 25 Vol. -OA beträgt, 12. Gleitlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet% daß der Cadmium-Zusatz zum Kunststoff 8 bis 35 Volä-%, vorzugsweise 10 bis #25 Vol.-#a beträgt,0 13. Gleitiag,er nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß der Thall±UM"Zusatz um Kunststoff 3 bis 25 Vol. vorzugsweise 5 bis 10 Vol.-% beträgte 14. GleitIager nach Anspruch 99 dadurch gekennzeichnet, daß der. Indium-Zusatz zum Kunststoff 3 bis 25 Vol.-%, vorzugsweise 5- bis 10 Vol.--PA' beträgt. 15.$ Gleitlager nach Anspruch 9, dadurch Eekennzeichnet, daß der Oxy.d- oder Chalkogenid-Zusa#z zum Kunststoff 3 bis 25 Vol-,-%_q vorzugsweise 5 bis 10 Vol*-% beträgt* 16. Gleitlager nach den Ansprüchen,9 bis 159 dadurch gekennzeichnet, daß- die 1.,letallzus-ätze in Fo:rmvon Kugeln (99 162 1-1,. 'l 2, 21 in diE Vertiefungen (8, 14, 15) eingebracht sind.- 17. Gleitlager nach Ansprach 16,# cladurch.gekennze,ichnQt, daß die Kugeln (12) durch Eindrücken mechanisch in der Vertiefung (15) veranker-t--sind. 1ä. Gleitlager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-bis 17, da- durch gekennzeichnet, jaß der metallische-Teil des lagerkörpers- auf eiüe Stützschale aus Stahl aufplattiert,.aufgesintert oder auf sönst geeignete Weise befestigt--ist. 19. Verfahren zur#Herstellung von Gleitlagern, nach einem oder mehreren

der Ansprüche 1 bis 18, dadurch Eekennzeichnet, daß der massive metallische Teil des Lagerkörpers schon beim St,-:-hlplattieren ,oder Aufsintern oder durch eine nachträgliche Rändeloperation in Bandform an der Gleitoberfläche die Vertiefungen dorart eingewalzt erhält, -daß nach Ausfüllung der Vertiefungen mit K-unststoff o d er metalldurchsetzt ein Kunststo--Ef die I.:assivmet;D.llspitzen bei einer nachträglichen Egalisierungsvialzung des 3,--#ndes abgebogen werden und eine Hinterschneidung zur besseren Verankerung des Kunststoffes erzeugen.