AT15974U1 - Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes mit einer Stützschicht aus einem Metall, die eine Innenseite und eine Rückseite aufweist, nach dem auf die Innenseite der Stützschicht zumindest eine weitere Schicht aufgebracht wird und die Rückseite der Stützschicht entfettet und danach bearbeitet, insbesondere zur Erhöhung der Maßgenauigkeit mechanisch bearbeitet, wird, wobei die Entfettung durch Überstreichen der gesamten Fläche der Rückseite mit einem Laser durchgeführt wird, wobei diese Entfettung ohne Abtrag von Metall der Stützschicht und ohne Änderung des Gefüges der Stützschicht durchgeführt wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes mit einer Stützschicht aus einem Metall, die eine Innenseite und eine Rückseite aufweist, nach dem auf die Innenseite der Stützschicht zumindest eine weitere Schicht aufgebracht wird und die Rückseite der Stützschicht entfettet und danach bearbeitet, insbesondere zur Erhöhung der Maßgenauigkeit mechanisch bearbeitet, wird.

[0002] Mehrschichtgleitlager und deren Herstellung sind im Stand der Technik vielfach beschrieben. Im einfachsten Fall handelt es sich um Zweischichtlager, bei denen auf einer Stützschicht, die zumeist aus Stahl besteht, eine Laufschicht angeordnet ist. Es sind aber auch Ausführungsvarianten bekannt, die mehr als zwei Schichten aufweisen.

[0003] Bei der Herstellung dieser Mehrschichtgleitlager sind häufig Umformprozesse und damit verbunden auch mechanische Bearbeitungen von Oberflächen, wie Feinbohren oder Stoß-Räumen, erforderlich, um vorgegebene Geometrien der Mehrschichtgleitlager einhalten zu können. Dies trifft auch auf die Stützschicht, die sogenannte Rückenmetallschicht, zu. Häufig besteht diese aus einem Stahl, es können aber auch andere Werkstoffe, wie Bronzen, verwendet werden.

[0004] Um die Werkzeuge möglichst zu schonen, die Spanngenauigkeit zu verbessern oder um Teilebeschädigungen zu vermeiden, müssen von Oberflächen Verunreinigungen aus vorangegangenen Arbeitsschritten entfernt werden, so auch Öle und Fette. Bislang werden dazu Lösungsmittel verwendet, die häufig auch manuell mittels entsprechenden Tüchern aufgetragen werden. Diese herkömmlichen Entfettungsmethoden sind aber aufgrund der sehr geringen Prozessqualität durch sehr rasch verschmutzende Tücher und dem damit verbundenen verringerten Reinigungseffekt problematisch. Nicht zuletzt sind Lösungsmittels an sich für die Gesundheit problematisch.

[0005] Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein verbessertes Entfettungsverfahren für die Herstellung von Mehrschichtgleitlagern bereitzustellen.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Entfettung durch überstreichen der gesamte Fläche der Rückseite mit einem Laser durchgeführt wird, wobei diese Entfettung ohne Abtrag von Metall der Stützschicht und ohne Änderung des Gefüges der Stützschicht durchgeführt wird.

[0007] Von Vorteil ist dabei, dass die Laserentfettung automatisiert werden kann, sodass die Entfettung der Stützschichtrückseite mit gleichbleibender Qualität durchgeführt werden kann. Durch das Verdampfen der Fette und Öle sind dabei auch keine Lösungsmittel mehr erforderlich, sodass auch keine Rückstände von Lösungsmitteln auf oder in der Stützschicht verbleiben. Im Vergleich mit anderen möglichen Entfettungsmethoden mit höherer Temperatur hat die Laserentfettung den Vorteil, dass der Wärmeeintrag nur in jeweils relativ kleinen Bereichen oder kein Wärmeeintrag erfolgt, wodurch der Werkstoff der Stützmetallschicht besser vor Veränderungen geschützt und die Maßhaltigkeit des Mehrschichtgleitlagerelementes verbessert werden kann. Insbesondere können damit auch Gefügeveränderungen aufgrund des Wärmeeintrags in die Stützschicht vermieden werden.

[0008] Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Entfettung durch zellenförmiges Überstreichen der Rückseite der Stützschicht mit dem Laser in Bearbeitungsbahnen durchgeführt wird, wobei die Bearbeitungsbahnen einander überlappen. Es kann durch die Überlappung die Prozesssicherheit weiter erhöht werden.

[0009] Bevorzugt erfolgt die Entfettung der Rückseite der Stützschicht mit einem Abstand zum Laser, der kleiner ist als die Fokuslänge des Lasers. Es kann damit vermieden werden, dass der Laser Spuren, beispielsweise in Form eines Musters aufgrund des zellenförmigen Überstreichens, auf der Rückseite der Stützschicht hinterlässt, die nachfolgende Bearbeitungsschritte der Oberfläche stören könnten.

[0010] Die Verhinderung von Abtrag des Werkstoffes der Stützschicht kann damit einfacher erreicht werden.

[0011] Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Rückseite der Stützschicht erst nach der Entfettung mit dem Laser durch Bürsten von losen Verunreinigungen, wie z.B. Spänen, befreit wird. Gerade hier zeigt sich der Vorteil der Entfettung mit dem Laser besonders deutlich, da die Bürsten länger öl- und fettfrei bleiben und damit die losen Verunreinigungen besser von der Oberfläche der Stützschicht entfernt werden können.

[0012] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

[0013] Das Mehrschichtgleitlagerelement kann in Form einer Halbschale ausgebildet sein, und bildet in diesem Fall zusammen mit zumindest einem weiteren Gleitlagerelement ein Gleitlager aus, wie dies an sich bekannt ist. Es ist weiter möglich, dass das Mehrschichtgleitlagerelement als Gleitlagerbuchse (in diesem Fall ist das Mehrschichtgleitlagerelement gleichzeitig das Gleitlager) oder als Anlaufring ausgebildet ist. Weiter besteht die Möglichkeit einer anderen Teilung, beispielsweise einer Drittelteilung, sodass das Mehrschichtgleitlagerelement mit zwei weiteren Gleitlagerelementen zu einem Gleitlager kombiniert wird, wobei zumindest eines der beiden weiteren Gleitlagerelemente ebenfalls durch das Mehrschichtgleitlagerelement gebildet sein kann. In diesem Fall deckt das Mehrschichtgleitlagerelement nicht einen Winkelbereich von 180 0 sondern einen Winkelbereich von 120 0 ab. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass zumindest eines der zumindest einen weiteren Gleitlagerelemente durch das Mehrschichtgleitlagerelement gebildet wird.

[0014] Insbesondere ist das Mehrschichtgleitlagerelement zur Verwendung in der Motorenin-dustrie bzw. in Motoren vorgesehen.

[0015] Ein Mehrschichtgleitlagerelement, das im Zuge seiner Herstellung mit dem Verfahren nach der Erfindung entfettet wird, weist zumindest eine Stützsicht und zumindest eine Laufschicht auf.

[0016] Es sei bereits an dieser Stelle erwähnt, dass unter dem Begriff „Entfettung“ sowohl die Entfernung von zumindest einem Fett an sich, als auch die Entfernung von zumindest einem Öl verstanden wird. Es handelt sich hierbei um Fette und Öle, wie sie in der Herstellung von Mehrschichtgleitlagerelementen üblicherweise verwendet werden.

[0017] Zusätzlich dazu kann dabei auch gegebenenfalls vorhandener Schmutz entfernt werden. Dieser Schmutz kann auch in Form von typischen Ablagerungen von Bearbeitungsflüssigkeiten aus vorhergehenden Bearbeitungsschritten vorliegen. Die Bearbeitungsflüssigkeiten umfassen dabei auch, aber beschränken sich nicht ausschließlich auf, Kühlschmierstoffe, Bearbeitungsöle, Bohremulsionen, etc. Die Ablagerungen können auch salzartiger oder anderer fester Natur sein.

[0018] Die Stützschicht bildet das sogenannte Rückseitenmetall, das einer Lageraufnahme, in der das Mehrschichtgleitlagerelement im Betrieb aufgenommen ist, zugewandt ist. Normalerweise bildet diese Rückseitenmetallschicht bei schalenförmigen Mehrschichtgleitlagerelementen die radial äußere Schicht, sofern keine Antifrettingschicht, die Beschädigungen eines Gleitlagers aufgrund von Mikrobewegungen zwischen der Lageraufnahme und dem Mehrschichtgleitlagerelement verhindern soll, aufgebracht ist.

[0019] Bevorzugt besteht die Stützschicht aus einem Stahl. Es können aber auch andere, bekannte metallische Werkstoffe, wie z.B. eine Bronze, verwendet werden.

[0020] Die Laufschicht ist jene Schicht, die im Betrieb mit dem zu lagernden Bauteil, also insbesondere einer Welle, in Kontakt steht, sofern nicht noch ein zusätzlicher sogenannter Flash aufgebracht ist, der beispielsweise dem Einlauf des Mehrschichtgleitlagers dient.

[0021] Das Mehrschichtgleitlagerelement kann auch mehr als zwei Schichten aufweisen. So kann zwischen der Stützschicht und der Laufschicht eine Lagermetallschicht und/oder zumin dest eine Bindeschicht und/oder zumindest eine Diffusionssperrschicht angeordnet sein.

[0022] Die metallischen Werkstoffe, die in Mehrschichtgleitlagerelementen für die Laufschicht, die Lagermetallschicht, die Bindeschicht und die Diffusionssperrschicht verwendet werden können, sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass diesbezüglich darauf verwiesen sei.

[0023] Auch die Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes an sich sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im Wesentlichen lassen sich hier zwei Verfahrenswege unterscheiden. Gemäß einem ersten wird dabei ein ebenes Substrat aus dem Werkstoff für die Stützschicht hergestellt und auf diesem gegebenenfalls unter Zwischenanordnung von zumindest einer Zwischenschicht die Laufschicht angeordnet, woraus das Verbundmaterial entsteht. Hierzu zählen z.B. die klassischen Verfahren wie Walzplattieren, Gießplattieren, Sintern. Aus diesem Rohling wird danach durch Umformen das Mehrschichtgleitlagerelement geformt.

[0024] Daneben gibt es auch Verfahren bei denen die Umformung des Rohlings vor dem Abscheiden des Werkstoffes für die Laufschicht durchgeführt wird. Hierzu zählen beispielsweise die galvanische Abscheidung und PVD-Verfahren, wie z.B. Sputtern.

[0025] Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Stützschicht durch das Bauteil selbst, also beispielsweise eine Pleuelstange, insbesondere im Bereich von dessen Pleuelauge, gebildet wird. In diesem Fall wird dann die Laufschicht durch Direktbeschichtung des Pleuelauges aufgebracht.

[0026] Bei allen Verfahren kann eine mechanische Bearbeitung bzw. Nachbearbeitung im Zuge der Herstellung des Mehrschichtgleitlagerelementes erforderlich sein, um die gewünschte bzw. erforderliche Geometrie mit möglichst geringen Toleranzen bereitstellen zu können. Wie bereits voranstehend ausgeführt, handelt es sich dabei größtenteils um spanende Arbeitsschritte, wie beispielsweise das Feinbohren oder das Stoß-Räumen. Es werden bei diesen mechanischen Bearbeitungen Kühlmittel in Form von Ölen bzw. ölhaltigen Flüssigkeiten verwendet, um die Werkzeuge vor Überhitzung zu schützen und damit die Standzeit der Werkzeuge zu verlängern.

[0027] Weiter können die Werkstoffe für die einzelnen Schichten bzw. Verbundmaterialien daraus während des Herstellungsverfahrens des Mehrschichtgleitlagerelementes mit Fetten in den Bearbeitungsmaschinen in Berührung kommen.

[0028] Die Fette und Öle müssen bekanntlich wieder entfernt werden. Dies betrifft insbesondere auch die Rückseite der Stützschicht, also jene Oberfläche der Stützschicht, die nicht der Laufschicht zugewandt, sondern von dieser abgewandt ist, also insbesondere die radial äußere Oberfläche der Stützschicht.

[0029] Für die Entfettung - es sei ausdrücklich nochmals auf die voranstehende Definition dieses Begriffes hingewiesen - wird bei dem Verfahren nach der Erfindung ein Laser verwendet.

[0030] Die Entfernung von Spänen erfolgt bevorzugt durch Bürsten. Insbesondere wird das Bürsten ausschließlich nach der Entfettung durchgeführt.

[0031] Generell erfolgt die Laserentfettung bevorzugt vor einer mechanischen Bearbeitung zur Entfernung von losen Verunreinigungen auf der zu entfettenden Oberfläche des Mehrschichtgleitlagerelementes.

[0032] Zur Entfettung der entsprechenden Oberfläche des Mehrschichtgleitlagerelementes (es wird darunter im Sinne der Erfindung auch eine Vorstufe des fertigen Mehrschichtgleitlagerelementes verstanden) wird die gesamte Oberfläche, also insbesondere die gesamte Rückseite der Stützschicht, mit dem Laser abgefahren, sodass also der Laser im Zuge der Entfettung jede Stelle der Oberfläche mindestens einmal überstreicht.

[0033] Das Überstreichen der Oberfläche mit dem Laser kann linienförmig erfolgen. Vorzugsweise wird die Oberfläche in Form eines Punktrasters (bezogen auf den Fokuspunkt des Lasers) abgefahren. Von Vorteil ist dabei, wenn die zu entfettende Oberfläche außerhalb des Fokuspunktes des Lasers liegt, wozu die Entfernung zwischen der Oberfläche und dem Laser kleiner oder größer ist, als die Fokuslänge. Dadurch wird die Oberfläche nicht punktförmig von dem Laser getroffen, sondern in Form eines Kreises oder einer Ellipse, je nachdem welche Stellung der Laser zur Oberfläche einnimmt.

[0034] Bevorzugt ist die Entfernung zwischen der Oberfläche und dem Laser (d.h. dem Austritt des Lichtstrahls aus dem Laser) um einen Wert kleiner oder größer als die Fokuslänge, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,5 mm bis 20 mm, insbesondere aus einem Bereich von 2 mm bis 5mm.

[0035] Die Abstände der Punkte des genannten Punktrasters werden insbesondere so gewählt, dass die mit dem Laser pro Punkt überstrichenen Bereiche aneinander angrenzen oder einander überlappen. Diese Abstände ergeben sich aus dem Abstand zwischen Laser und Oberfläche. Je kürzer dieser ist, desto weiter können die Punkte auseinanderliegen, da damit ein größerer Flächenbereich des Laserstrahls von der Oberfläche geschnitten wird.

[0036] Die Entfettung mittels Laser erfolgt dabei ohne Abtrag von dem Metall, aus dem die Stützschicht besteht. Weiter wird diese Laserentfettung so durchgeführt, dass keine Änderung des Gefüges der Stützschicht erfolgt. Weiter kann die Entfettung auch derart durchgeführt werden, dass keine Verbindungen mit einem Bestandteil des Werkstoffes der Stützschicht, wie beispielsweise Oxide, mit dem Laser entfernt werden.

[0037] Für die Durchführung der Entfettung werden insbesondere Laserpulse verwendet. Vorzugsweise werden die Anzahl der Pulse hoch und die Impulsdauer kurz gewählt, wodurch eine thermische Belastung der zu entfettenden Oberfläche vermieden werden kann. Die Pulsfrequenz kann zwischen100 kH und 200 kH variieren. Die Flächenleistung ist abhängig von Pulsfrequenz und dem Abstand (vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm) der einzelnen Laserpunkte auf der zu entfettenden Oberfläche. Beispielsweise beträgt bei 100W Ausgangsleistung Laser die max. Pulsenergie 1 mJ und die Pulsleistung 10 kw.

[0038] Es ist weiter bevorzugt, wenn die Impulsstärke und die Impulsdauer des Lasers während der gesamten Entfettung der Oberfläche konstant gehalten werden.

[0039] Die Entfettung der Stützschicht wird bevorzugt mit einer Leistung zwischen 100 W und 200 W betrieben. Ist eine höhere Flächenleistung in kürzerer Zeit notwendig, bedarf es einer stärkeren Laserleistung.

[0040] Nach einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die Entfettung durch zellenförmiges Überstreichen der Rückseite der Stützschicht mit dem Laser in Bearbeitungsbahnen durchgeführt wird, wobei die Bearbeitungsbahnen einander überlappen. Der Überlappungsbereich kann dabei ausgewählt werden aus 1 % bis 50 % der Breite einer Bearbeitungsbahn. Sämtliche Bearbeitungsbahnen weisen dabei bevorzugt die gleiche Breite auf.

[0041] Es kann mit dem Verfahren nach der Erfindung ein Mehrschichtgleitlagerelement hergestellt werden, das zu 100 % fett- und ölfrei ist.

Claims (4)

1. Ansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes mit einer Stützschicht aus einem Metall, die eine Innenseite und eine Rückseite aufweist, nach dem auf die Innenseite der Stützschicht zumindest eine weitere Schicht aufgebracht wird und die Rückseite der Stützschicht entfettet und danach bearbeitet, insbesondere zur Erhöhung der Maßgenauigkeit mechanisch bearbeitet, wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfettung durch Überstreichen der gesamten Fläche der Rückseite mit einem Laser durchgeführt wird, wobei diese Entfettung ohne Abtrag von Metall der Stützschicht und ohne Änderung des Gefüges der Stützschicht durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfettung durch zellenförmiges Überstreichen der Rückseite der Stützschicht mit dem Laser in Bearbeitungsbahnen durchgeführt wird, wobei die Bearbeitungsbahnen einander überlappen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfettung der Rückseite der Stützschicht mit einem Abstand zum Laser durchgeführt wird, der kleiner ist als die Fokuslänge des Lasers.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite der Stützschicht erst nach der Entfettung mit dem Laser durch Bürsten von losen Verunreinigungen befreit wird. Hierzu keine Zeichnungen