DE3334116A1 - Gleitlager - Google Patents

Description

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WETAL LEVE S.A., INDÜSTRIA E COMERCIO München, den Brasilien 21. September 1983

u.Z.: Pat 281/4-83Ch Dr.H/3/bw

GLEITLAGER

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager des 3-metallischen Typs mit einer Stahlrückseite, einer Zwischenschicht, einer Nickelschicht und einer Gleitschicht. Sie betrifft insbesondere Gleitlager für Verbrennungskraftmaschinen sowie allgemein Lager, Lagerpfannen sowie Stoßrinne und -scheiben. Dabei stellt sie vorrangig auf ein Gleitlager des sogenannten 3-metallischen Typs ab, das eine Stahlrückseite, eine Zwischenschicht (gewöhnlich auf ■ Kupfer basierende Legierungen oder Aluminiumlegierungen), die darauf angeordnet ist, und eine Gleitschicht aufweist, die auf der vorher fertiggestellten Oberfläche der Zwischenschicht elektrolytisch niedergeschlagen wurde.

Im allgemeinen ist die Gleitschicht bzw. die Antifriktionsschicht eine 25 um starke Pb-Sn-Cu-Legierung, wobei die bekannteste Zusammensetzung 2,5 % Kupfer und 10 % Zinn aufweist, wobei der Rest auf Blei entfällt. Die Gleitschicht vermittelt die Eigenschaften der Paßfähigkeit, der Einlagerungsfähigkeit sowie der Korrosionsbe-

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ständigkeit, die für ein zufriedenstellendes Lager erforderlich sind. Zwischen der Zwischenschicht und der Gleitschicht befindet sich eine Schicht aus Nickel, die als eine Sperrschicht dient, um die Diffusion von Zinn von der Gleitschicht in die Zwischenschicht zu verhindern. Die Gleitschicht, die anhand eines elektrochemischen Verfahrens abgeschieden wird, ist der Teil des Lagers, an den höchste Anforderungen gestellt werden. Idealerweise sollte diese Schicht über die ganze Betriebszeit der Maschine bzw. des Motors unzerstört sein. In der Praxis fällt diese Schicht während des Maschinenbetriebs häufig aus, was es in gewissen Fällen erforderlich macht, die Maschine zu öffnen, um die Lager zu ersetzen. Dieses Problem ist des weiteren durch die ansteigende Tendenz der Zunahme des Verhältnisses Maschinenleistung/Gewicht verstärkt, wodurch fortwährend höhere Anforderungen an die Maschinenteile gestellt werden. Daher sind insbesondere die Lager ein höchst wesentlicher und entscheidender Teil. Die Hauptfaktoren, auf die die Mangel der Gleitschicht zurückgehen, können wie folgt angegeben werden: ein wesentlicher Faktor ist der Abrieb, der auf die Entfernung von Material niedriger Härte zurückgeht, wobei es sich insbesondere um Blei handelt. Bei normalen Betriebs- und Schmierbedingungen ist der Abrieb der Gleitschicht des Lagers vergleichbar mit dem anderer Maschinenteile. Der zweite Faktor ist die Ermüdung, die durch Pässe gekennzeichnet ist, die durch wechselhafte Belastungen entstehen, die sich zur Unterschicht hin auswirken, im Falle der Lager vom 3-metallischen Typ auf die Nickelsperrschicht.

Wenn die Risse sich der Grenzschicht nähern, dann verändert sich ihre Ausbreitungsrichtung und läuft parallel zu der Grenzschicht. Hierdurch werden Teile der Gleitschicht vom Lager losgelöst und können durch den Schmierölstrom fortgeführt werden. Ein dritter Faktor, der den Mangel der Gleitschicht bewirkt, stellt die Erosion dar, die dazu führt, daß die Oberflächenschicht fortgewaschen wird, so daß die Nickelsperrschicht freigelegt

wird. Diese Entfernung ist jedoch auf lokalisierte und wohl definierte Bereiche begrenzt, so daß der Hauptteil der Gleitschicht unzerstört bleibt. Ein Studium der Erscheinung der Erosion offenbart verschiedene Mechanism men, die in zwei Hauptkategorien unterteilt werden können. Zunächst handelt es sich um die Strömungserosion, die auf verschiedene Konstruktionsmerkmale des Lagers zurückgeht. Durch den Ölstrom wird in gewissen Bereichen eine Turbulenzbedingung hervorgerufen, die durch die Gegenwart von in dem Schmiermittel suspendierten Teilchen einen äußerst nachteiligen Effekt auf die Gleitschicht ausübt. Die Art von Erosion wird gelegentlich auch als Schlagerosion bezeichnet. Daneben gibt es die Hohlraumerosion. Sie geht auf Veränderungen des Öldrucks zurück, wodurch Flüssigkeitsdrucke hervorgerufen werden, die bei einer gegebenen Temperatur unter den Dampfdruck fallen, wodurch in dem Schmieröl Dampfblasen entstehen. Wenn die Dampfblasen zusammenfallen, dann führt dies zu extren hohen lokalisierten Drucken, die eine lokalisierte Ermüdung bewirken.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die strukturelle Beständigkeit der galvanisch bzw. elektro-chemisch abgeschiedenen Gleitschicht durch die Verwendung von Kohlenstoffasern als verstärkendes Material zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die vorgenannten schädigenden Mechanismen.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Gleitlager des 3-metallischen Typs mit einer Stahlrückseite, einer

"Zwischenschicht, einer Nickelschicht und einer Gleitschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gleitschicht eine Pb-Sn-Cu-Legierung darstellt, der eine Charge Kohlenstoffasern zugefügt wird, wobei die Legierung und die Kohlenstoffasern gleichzeitig auf der Nickelschicht galvanisch abgeschieden sind.

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Der Kupfergehalt der erwähnten Legierung liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6 Gew.-% und der Zinngehalt zwischen 8 und 13,Gew.~%, während der Rest auf Blei entfällt. Bevorzugt wird für die Kohlenstoffasern ein Durchmesser von weniger als 7 μπ\. Die Faserlänge beträgt bevorzugt 0,025 bis 2 mm.

Die Kohlenstoffasern liefern eine Struktur, in der die Fasern regellos bzw. zufällig in der Schicht angeordnet sind, und zudem den erforderlichen Grad an Bindefestigkeit zwischen der äußeren Oberfläche und der Legierung, in der sie eingebettet sind. Die Fähigkeit zur Einlagerung in elektrolytisch (aus einer Suspension zu einer elektrolytischen. Lösung) ausgeschiedenen Teilchen (in der Regel eine unzweckmäßige und nachteilige Erscheinung) wird im Falle des erfindungsgemäßen Vorschlags mit Vorteil genutzt, da die Kohlenstoff&sern gleichzeitig mit dem Legierungsbad abgeschieden werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen 3-metallischen Lagers erfolgt die Zugabe einer Menge von Kohlenstoffasern zu einem Nickelbad, das dann auf der Zwischenschicht abgeschieden wird. Sobald die Nickelschicht abgeschieden ist, zeigt sie eine Oberfläche mit einer großen Anzahl von Faserenden, die aus der Schicht herausragen. Diese Faserenden bzw. Faserspitzen werden in die nächste Schicht eingebettet, d.h. in eine galvanisch abgeschiedene Schicht einer Pb-Sn-Cu-Legierung. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird eine Menge an Kohlenstoffasern lediglich zu dem Pb-Sn-Cu-Bad gegeben, das dann auf der Nickelschicht niedergeschlagen wird. Bei einer dritten bevorzugten Ausgestaltung wird dem Nickelbad eine Kohlenstoffasercharge zugefügt. Die Nickelschicht zeigt wie bei der ersten Ausgestaltung eine Oberfläche mit Faserenden, die davon herausragen und die in dem nächsten galvanischen überzug eingebettet

sind, wobei ein Pb-Sn-Cu-Bad verwendet wird,'dem ebenfalls Kohlenstoffasern zugegegeben sind. Die Zugabe von Kohlenstoffasern . zu den Gleitschichten der Gleit-

lager führt zu einer wesentlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, indem den besagten Schichten herausragende Beständigkeit gegen Abrieb, Ermüdung und Erosion verliehen werden. Aufgrund ihrer Graphitkennzeichen führen die Kohlenstoffascrn zu guten Gleiteigenschaften an den Oberflächenstellen.

Claims (5)

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1. Gleitlager des 3-metallischen Typs mit einer Stahlrückseite, einer Zwischenschicht, einer Nickelschicht und einer Gleitschicht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht eine Pb-Sn-Cu-Legierung darstellt, der eine Charge Kohlenstofffasern zugefügt ist, wobei die Legierung und die Kohlenstoffasern gleichzeitig auf der Nickelschicht galvanisch abgeschieden sind.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Kupfergehalt von 2 bis 6 Gew.-% und einen Zinngehalt von 8 bis 13 Gew.-% aufweist und der Rest auf Blei entfällt.

3. Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffasern einen Durchmesser •von weniger als 7 μπι und eine Länge von 0,025 bis 2 mm aufweisen.

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4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffasern innerhalb der Metallmatrix regellos angeordnet sind.

5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen einer Anzahl von Kohlenstoff asern die aus einer Schicht heraustreten, in der angrenzenden Schicht eingelagert sind.