DE102007029470A1

DE102007029470A1 - Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern sowie mit diesem Verfahren herstellbare Gleitlager

Info

Publication number: DE102007029470A1
Application number: DE102007029470A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Ißler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (10, 100), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Aufbringen eines Lotwerkstoffs (15) auf einen translatorisch oder rotatorisch bewegten Metallkörper (12), Erwärmen des Metallkörpers (12) über die Schmelztemperatur des Lotwerkstoffs (15) hinaus, Abkühlen des Metallkörpers (12), Abtrennen von Abschnitten vom Metallkörper (12) und Formen von Gleitlagern (10, 100) aus den Abschnitten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern sowie mit einem derartigen Verfahren herstellbare Gleitlager.
Zur Herstellung von Gleitlagern, insbesondere von mit Einlaufschichten versehenen Gleitlagern, ist es bekannt, eine oder mehrere Metallschichten mittels galvanischer Auftragsverfahren, durch Sputterprozesse oder mittels Plattierverfahren herzustellen. Diese bekannten Verfahren sind jedoch vergleichsweise aufwändig und nicht besonders umweltfreundlich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern bereitzustellen, das einfach und wirtschaftlich durchzuführen und darüber hinaus wenig umweltbelastend ist.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein im Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren erreicht. Dabei wird das Neue und Erfinderische in den folgenden Verfahrensschritten gesehen:

1. Aufbringen eines Lotwerkstoffs auf einen translatorisch oder rotatorisch bewegten Metallkörper,
2. Erwärmen des Metallkörpers über die Schmelztemperatur des Lotwerkstoffs hinaus,
3. Abkühlen des Metallkörpers,
4. Abtrennen von Abschnitten vom Metallkörper und
5. Formen von Gleitlagern aus den Abschnitten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind mit diesem Verfahren herstellbare Gleitlager, insbesondere Lagerbuchsen und Lagerschalen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf einfachere und umweltfreundlichere Weise als bisher Gleitlager hergestellt werden, die mit einer Einlaufschicht (Overlay) versehen sind. Dabei wird zumindest ein „klassischer" Herstellungsschritt wie Plattieren, Sputtern oder Galvanisieren eingespart. Die gewünschte Schicht kann rasch und in reproduzierbarer Weise in hoher Qualität erzeugt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Als Metallkörper kann bspw. ein Stahlkörper, vorzugsweise ein Stahlband verwendet werden. Der Metallkörper kann vor dem Aufbringen der Lotschicht mit einer üblichen Gleitlagerschicht und ggf. zusätzlich mit einer üblichen Diffusionssperrschicht versehen werden.
Der Lotwerkstoff wird in vorteilhafter Weise über die gesamte Breite des Metallkörpers aufgebracht, vorzugsweise mit gleichmäßiger Dicke und Verteilung, um die weitere Verarbeitung möglichst einfach zu gestalten. Der Lotwerkstoff kann auch mittels einer Druckmaske auf ausgewählte Bereiche des Metallkörpers aufgebracht werden, aus denen später die gewünschten Gleitlager entstehen sollen. Auf diese Weise können auch mittels der Druckmaske Strukturierungen in die Oberfläche der Lotschicht eingebracht werden, bspw. Vertiefungen wie Nuten oder Taschen zur Aufnahme von Schmieröl.
Vorzugsweise wird aus Umweltschutzgründen ein bleifreier Lotwerkstoff verwendet, bspw. auf der Basis von Zinn, ggf. mit Beimengungen an Legierungsstoffen wie Kupfer oder Silber. Auch Zusatzstoffe wie Wismut, Indium, Zink, Antimon, Eisen, Kobalt, Nickel oder seltene Erden können enthalten sein, um die gewünschten Eigenschaften (bspw. Festigkeit, Notlaufeigenschaften, Einbettfähigkeit) des gewünschten Gleitlagers besonders gut einstellen zu können. Dem verwendeten Lotwerkstoff kann ferner ein Flussmittel beigegeben werden, um eine besonders gleichmäßige Verteilung beim Erwärmen zu erzielen. Zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Lotwerkstoff und seiner Unterlage können ferner eine oder mehrere Substanzen beigegeben werden, die eine ggf. vorhandene Oxidschicht auf der zu beschichtende Oberfläche auflösen. Schließlich können dem Lotwerkstoff harte, verschleißbeständige und/oder selbstschmierende Partikel beigegeben werden, um seine tribologischen Eigenschaften beeinflussen zu können.
Der Metallkörper kann nach dem Auftragen des Lotwerkstoffs zweckmäßigerweise durch Induktionswärme oder Infrarotstrahlung erwärmt werden, vorzugsweise im Vakuum oder unter Schutzgas, um die Qualität der entstehenden Lotwerkstoffschicht noch weiter zu verbessern. Aus demselben Grund ist es empfehlenswert, den Metallkörper mit einer Rate von 1 bis 2 K/s zu erwärmen und/oder definiert abzukühlen, bspw. mit einer Rate von 3 K/s. Der Metallkörper kann bspw. von seiner Rückseite her oder in besonders zweckmäßiger Weise in einem Durchlaufofen erwärmt werden.
Bei Bedarf kann die Lotwerkstoffschicht nach dem Abkühlen auf die gewünschte Dicke und Ebenheit kalibriert werden, bspw. mittels Kalibrierwalzen oder Prägewalzen. Dabei kann bspw. auch eine Balligkeit zu den Längsrändern des Metallkörpers erzeugt werden. Dadurch kann eine ggf. bisher erforderliche nachträgliche spanende Bearbeitung des Lotwerkstoffs entfallen. Schließlich kann die Oberfläche der Schicht des Lotwerkstoffs mittels spanender oder nicht spanender Bearbeitung, bspw. auch mittels Prägewalzen oder mittels einer beim Aufbringen des Lotwerkstoffs verwendeten Druckmaske, strukturiert werden. Dabei können bspw. Vertiefungen zur Aufnahme von Schmieröl, wie Nuten oder Taschen, in die Oberfläche eingebracht werden.
Aus dem Metallkörper können schließlich als Gleitlager bspw. Lagerschalen oder/und Lagerbuchsen geformt werden.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Gleitlagers werden im Folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Verfahrensschritte näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einzelner aufeinander folgender Verfahrensschritte;
2 das unmittelbare Verfahrensprodukt des in 1 dargestellten Verfahrens im Schnitt;
3 ein Ausführungsbeispiel eines aus dem unmittelbaren Verfahrensprodukt gemäß 2 hergestellten Gleitlagers in Form eines Halbschalenlagers im Schnitt;
4 eine Draufsicht auf das Halbschalenlager gemäß 3.
Im Folgenden wird anhand der 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben.
Im Ausführungsbeispiel wird von einer Vorratsrolle 11 ein Metallkörper, in diesem Fall ein Metallband 12, das vorzugsweise ein Stahlband ist, abgewickelt und in einer Ebene translatorisch fortbewegt.
In einem ersten Verfahrensschritt wird im Ausführungsbeispiel auf das Metallband 12 eine Gleitlagerschicht 13 aufgebracht. Dies kann durch Aufgießen, Aufsintern, Aufplattieren oder in einer ähnlich geeigneten Weise durchgeführt werden. Die Zusammensetzung und das Auftragungsverfahren derartiger Gleitlagerschichten sind dem Fachmann an sich bekannt.
Wie im Stand der Technik bekannt, wird im Ausführungsbeispiel auf die Gleitlagerschicht 13, ggf. nach einer spanenden Bearbeitung der Gleitlagerschicht, in einem weiteren Verfahrensschritt eine Diffusionssperrschicht 14, bspw. eine Nickelschicht in einer Dicke von etwa 1 μm, aufgebracht.
Schließlich wird auf die Gleitlagerschicht 13 und die Diffusionssperrschicht 14 ein Lotwerkstoff 15, bspw. eine Lotpaste, auf das Metallband 12 aufgebracht. Der Auftrag des Lotwerkstoffes 15 erfolgt möglichst in gleichmäßiger Dicke und in einer das gesamte Metallband 12 bedeckenden Verteilung. Dies kann bspw. mittels eines Druckvorganges vorgenommen werden.
Es ist auch denkbar, den Lotwerkstoff 15 mittels einer Druckmaske auf das Metallband 12 aufzubringen, so dass der Lotwerkstoff 15 nur in den Bereichen auf das Metallband 12 aufgetragen wird, die zur Bildung des oder der gewünschten Gleitlager vorgesehen sind. Durch anschließendes Ausstanzen dieser Flächenbereiche werden die Gleitlager oder deren Vorprodukte dann bereitgestellt.
Der Lotwerkstoff 15 kann aber auch unmittelbar auf den Metallkörper 12 oder unmittelbar auf eine Gleitlagerschicht 13 aufgebracht werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der auf dem Metallband 12 möglichst gleichmäßig aufgebrachte Lotwerkstoff 15 über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt, um die Schicht des Lotwerkstoffes 15 weiter einzuebnen und eine möglichst glatte Oberfläche zu erhalten.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Erwärmung im Vakuum oder unter Schutzgas, bspw. Stickstoff, in einem Durchlaufofen 16. Das Metallband 12 mit dem darauf aufgebrachten Lotwerkstoff 15 kann aber auch von seiner Rückseite her, also von der nicht mit Lotwerkstoff bedeckten Seite des Metallbandes 12 her, erwärmt werden. Dabei sollte die Erwärmung vorteilhaft in einer Rate von 1 bis 2 K/s, erfolgen, bis der Schmelzpunkt des Lotwerkstoffes überschritten ist. Dieser Prozess verbessert die Qualität der Lotwerkstoffschicht erheblich, vor allem dann, wenn er im Vakuum oder unter Schutzgas durchgeführt wird. Die Erwärmung kann bspw. mittels IR-Lampen oder mittels Induktion erfolgen. Nach Beendigung des Erwärmungsvorganges erfolgt ein Abkühlprozess, vorzugsweise in Form einer definierten Abkühlung, bspw. mit einer Abkühlrate von etwa 3 K/s.
Diese Verfahrensweise führt zu einer homogenen und gleichmäßig dicken Schicht des Lotwerkstoffs 15, so dass im Idealfall eine spanende Nachbehandlung der Gleitlagerschicht überhaupt nicht erforderlich ist.
Es kann jedoch entsprechend den Umständen des Einzelfalls sinnvoll sein, die Oberfläche der Schicht des Lotwerkstoffs 15 mittels Kalibrierwalzen oder Prägewalzen 17 weiter zu verbessern. Insbesondere kann mittels derartiger Kalibrier- oder Prägewalzen 17, wenn gewünscht oder erforderlich, die Feingeometrie der Schicht des Lotwerkstoffs 15 gestaltet werden. Bspw. kann gezielt eine leichte Balligkeit 18 oder Abrundung der Lotwerkstoffschicht 15 zu den Längsrändern 19 des Metallbandes 12 hin erzeugt werden.
Ferner kann die Oberfläche der Schicht des Lotwerkstoffs 15 mit einer Strukturierung 21 versehen werden, wie es in 4 beispielhaft dargestellt ist. 4 zeigt als Beispiel für eine derartige Strukturierung eine Ölnut 21 zur Aufnahme von Schmieröl. Beliebige andere Strukturierungen sind selbstverständlich denkbar.
Als Lotwerkstoffe kommen insbesondere moderne Lote zur Anwendung, die ohne Zusatz von Blei konzipiert sind. Im Wesentlichen besteht der Lotwerkstoff 15 aus Zinn, dem geringe Mengen, bspw. bis zu 10 Gew.-%, von Legierungsstoffen wie Kupfer und Silber beigemischt sind.
Mögliche weitere Zusätze von Wismut, Indium, Zink, Antimon, Eisen, Kobalt, Nickel oder seltene Erden sind ebenfalls geeignet, um die Eigenschaft des Lotwerkstoffs 15 den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Auch Flussmittel sowie Substanzen, die eine Oxidschicht auf der zu beschichtenden Oberfläche des Metallbandes 12 (bzw. der Gleitlagerschicht 13 oder der Diffusionssperrschicht 14) auflösen können, können ebenso beigemischt werden wie harte, verschleißbeständige und/oder selbstschmierende Partikel, die ein einwandfreies Einlaufen des Gleitlagers bewirken oder auch für bessere Notlaufeigenschaften sorgen.
Nach den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensschritten werden Abschnitte abgemessener Länge vom Metallband 12 abgetrennt und zu Gleitlagern bestimmter Form wie Lagerschalen oder Lagerbuchsen geformt.
In der 2 ist ein derartiger Abschnitt 10 dargestellt, der bspw. unmittelbar als flächiges Gleitlager 10 dienen kann. In der 3 ist ein im Querschnitt halbschalen förmiges Gleitlager 100 dargestellt, welches bspw. aus einem Abschnitt 10 gemäß 2 geformt werden kann.
Alternativ kann die Beschichtung des Metallbandes 12 auch nach dem Umformen desselben zu einem Gleitlager, bspw. einer Lagerschale oder einer Lagerbuchse erfolgen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (10, 100), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: 1. Aufbringen eines Lotwerkstoffs (15) auf einen translatorisch oder rotatorisch bewegten Metallkörper (12), 2. Erwärmen des Metallkörpers (12) über die Schmelztemperatur des Lotwerkstoffs (15) hinaus, 3. Abkühlen des Metallkörpers (12), 4. Abtrennen von Abschnitten vom Metallkörper (12) und 5. Formen von Gleitlagern (10, 100) aus den Abschnitten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallkörper (12) ein Stahlkörper, vorzugsweise ein Stahlband verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Gleitlagerschicht (13) versehener Metallkörper (12) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerschicht (13) durch Aufgießen, Aufsintern, Aufplattieren auf den Metallkörper (12) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallkörper (12) verwendet wird, auf dessen Gleitlagerschicht (13) eine Diffusionssperrschicht (14) aufgebracht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (15) über die gesamte Breite des Metallkörpers (12) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (15) mit gleichmäßiger Dicke und Verteilung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (15) mittels Druckmasko auf den Metallkörper (12) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bleifreier Lotwerkstoff (15) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotwerkstoff (15) auf der Basis von Zinn verwendet wird und Beimengungen an Legierungsstoffen wie Kupfer oder Silber enthält.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Lotwerkstoff (15) Zusatzstoffe wie Wismut, Indium, Zink, Antimon, Eisen, Kobalt, Nickel oder seltene Erden enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem verwendeten Lotwerkstoff (15) ein Flussmittel beigegeben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem verwendeten Lotwerkstoff (15) harte, verschleißbeständige und/oder selbstschmierende Partikel beigegeben sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) durch Induktionswärme oder Infrarotstrahlung erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) im Vakuum oder unter Schutzgas erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) mit einer Rate von 1 bis 2 K/s erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) von seiner Rückseite her erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) in einem Durchlaufofen erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) definiert abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (12) mit einer Rate von 3 K/s abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (15) nach dem Abkühlen auf die gewünschte Dicke und Ebenheit kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kalibrieren des Lotwerkstoffs (15) auf dem Metallkörper (12) eine Balligkeit zu den Längsrändern des Metallkörpers (12) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Lotwerkstoffs (15) mit einer Strukturierung (21) versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleitlager (10, 100) Lagerschalen oder/und Lagerbuchsen geformt werden.
Gleitlager (10, 100), herstellbar mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24.
Gleitlager nach Anspruch 25, nämlich eine Lagerschale oder eine Lagerbuchse.