DE102022114459A1

DE102022114459A1 - Gleitlager und Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers

Info

Publication number: DE102022114459A1
Application number: DE102022114459.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Braun; Christoph Hentschke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-12-14
Also published as: WO2023237142A1

Abstract

Zur Herstellung eines Lagerkörpers (1) für ein Gleitlager werden zunächst stabartige Vorsprünge (3) an der Oberfläche eines metallischen Grundkörpers (2) erzeugt, wobei durch weitere Bearbeitung der Vorsprünge (3) Formschlusskonturen geschaffen werden, die zur Verankerung eines Gleitbelags geeignet sind. Als Formschlusskonturen sind die Vorsprünge (3) jeweils in deren Querrichtung (QR) durchziehende Durchgangsbohrungen (8) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager und ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerkörpers einer Gleitlageranordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2019 101 969 A1 bekannt. Im Rahmen dieses bekannten Verfahrens werden in eine Oberfläche eines Grundkörpers, aus welchem der Lagerkörper gefertigt wird, zunächst mehrere sich kreuzende Nuten eingebracht, so dass stabartige Vorsprünge zwischen den Nuten stehen bleiben. In einem weiteren in der DE 10 2019 101 969 A1 im Detail beschriebenen Verfahrensschritt werden die Vorsprünge derart umgeformt, dass ein Muster aus hinterschneidungsartigen Geometrien ausgebildet wird. Die Hinterschneidungen sollen dazu dienen, einen Gleitlagerwerkstoff, bei welchem es sich um einen thermoplastischen Kunststoff handeln kann, formschlüssig auf dem Grundkörper zu verankern.
Ein weiteres Verfahren, mit welchem eine Haftverbesserung zwischen einer metallischen Oberfläche und einer hierauf thermisch aufgespritzten oder aufgegossenen Schicht erreicht werden soll, ist in der DE 10 2012 014 114 A1 offenbart. In diesem Fall wird die Oberfläche eines metallischen Werkstücks durch Drahterodieren bearbeitet, womit Hinterschnitte erzeugt werden. Alternativ kann Räumen als materialabtragende Behandlung eingesetzt werden. Das Verfahren nach der DE 10 2012 014 114 A1 soll insbesondere zur Bearbeitung eines Pleuels geeignet sein.
Die DE 10 2009 002 529 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung von Komponenten einer Einspritzpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine. Ein rotierendes Teil ist in einem Gleitlager der Einspritzpumpe aufgenommen, wobei das Gleitlager aus seiner dem rotierenden Teil zugewandten Oberfläche mit einer Zerklüftung versehen ist, in welcher eine das rotierende Teil berührende Gleitschicht aus PTFE oder PEEK verankert ist. Zur Erzeugung der Zerklüftung wird eine Laserbehandlung vorgeschlagen. Die Zerklüftung kann einander durchschneidende Rillen umfassen. Eintiefungen, welche durch die Zerklüftung gegeben sind, können in verschiedenen Teilbereichen der Oberfläche eine voneinander abweichende Tiefe und/oder Breite haben.
Ein in der DE 10 2017 119 728 A1 offenbartes Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers sieht das Aufbringen einer Zwischenschicht aus einem metallischen Werkstoff auf einen Lagergrundkörper über selektives Laserschmelzen vor, wobei auch der Lagergrundkörper selbst mittels selektivem Laserschmelzen hergestellt sein kann. Die Zwischenschicht kann als Hinterschneidungen ausgebildete Konturen, welche schwalbenschwanzartig geformt sind, zur Verzahnung mit einer Gleitschicht aus einem nicht-metallischen Werkstoff aufweisen. Die Gleitschicht wird durch Aufschmelzen oder Einschmelzen auf die Zwischenschicht aufgebracht.
In der DE 10 2016 110 858 A1 ist ein Gleitlager beschrieben, welches einen Lagergrundkörper aus einem metallischen Werkstoff und eine ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff bestehende Zwischenschicht umfasst, wobei sich auf der Zwischenschicht eine Gleitlagerschicht aus einem nicht-metallischen Werkstoff, beispielsweise PEEK, befindet. Bei der Zwischenschicht handelt es sich um eine Anordnung aus Drähten oder um ein Lochblech oder um offenzelligen Metallschaum. Im Fall einer Zwischenschicht aus Drähten kann diese aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise aus Edelstahl und Kupfer, gebildet sein.
Ein in der US 6,498,127 B1 beschriebenes Gleitlagerelement umfasst einen Grundkörper aus Metall und eine auf dessen Oberfläche befindliche poröse Sinterschicht aus einer Kupferlegierung. Die Sinterschicht ist mit einem nichtmetallischen Gleitlagerwerkstoff imprägniert und aus Teilchen mit einer mittleren Größe von 25 µm bis 100 µm gebildet, wobei die Schichtdicke der Sinterschicht nicht mehr als das Vierfache der Dicke einer Lage der Buntmetallteilchen beträgt. Als Gleitlagerwerkstoff wird unter anderem Polyimid vorgeschlagen.
Die RU 112 303 U1 offenbart ein aus einem Innenring und einem Außenring aufgebautes Gleitlager, zu dessen unter anderem Herstellung ein gewobenes Material aus PTFE-Fasern verwendet wird.
Die DE 10 2021 101 097 b3 offenbart einen Lagerkörper eines Gleitlagers, bei dem zur verbesserten Anbindung einer Gleitschicht stabartige Vorsprünge an der Oberfläche eines metallischen Grundkörpers erzeugt werden. Durch weitere Bearbeitung, insbesondere durch Durchgangsbohrungen in den Vorsprüngen, werden Formschlusskonturen geschaffen, die zur Verankerung des Gleitbelags geeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik kostengünstigere und gleichzeitig besonders robuste Lösung für die mechanisch beanspruchte Verbindung zwischen einem metallischen Lagerkörper und einem Gleitbelag eines Gleitlagers anzugeben. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für ein Gleitlager.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gleitlager mit einem Lagerbereich , der einen auf einer Belagoberfläche eines Grundmaterials angebundenen Gleitbelag aus einem Belagmaterial aufweist, wobei im Grundmaterial schräg zur Belagoberfläche Bohrungen eingebracht sind, welche sich zur Belagoberfläche öffnen und welche zumindest teilweise innerhalb des Grundmaterials miteinander an Kreuzungen verbunden sind und wobei das Belagmaterial zumindest einen Teil der Bohrungen bis zu den Kreuzungen füllt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine formschlüssige Verankerung der Gleitschicht auf dem Grundmaterial nicht notwendigerweise Vorsprünge, Nuten oder Hinterschneidungen erfordert. Zunächst erscheint dies unabdingbar, um genügend Belagmaterial in eine formschlüssige Umgreifung des Grundmaterials zu bringen. Nach Erkenntnis der Erfindung ist es aber möglich, diesen Verzahnungseffekt auch durch ein Netz von Bohrungen zu erreichen. Überraschenderweise lässt sich auch ohne eine offene Verzahnungsstruktur genügend Belagmaterial über die Bohrungen so in das Grundmaterial einbringen, dass dieses einen wirksamen und stabilen Formschluss ausbildet. Der hohe Anteil an sich am Grundmaterial abstützendem Belagmaterial führt sogar zu einer Verbesserung der Robustheit und Dauerfestigkeit der Verbindung.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführung liegt zudem in der Vereinfachung und Verkürzung des Herstellprozesses: Gegenüber der Ausbildung von Sockeln oder Vorsprüngen, die die notwendige Verzahnungsstruktur bilden, kann diese Struktur nun durch ein einfaches Bohren erzeugt werden.
Bevorzugt ist das Belagmaterial ein Polymer, weiter bevorzugt Polyetheretherketon (PEEK). Solche Belagmaterialien weisen besonders gute Gleiteigenschaften auf und sind gleichzeitig hoch belastbar. Weiter bevorzugt kann das Belagmaterial faserverstärkt sein.
Bevorzugtermaßen ist die Belagoberfläche gekrümmt. Alternative Verfahren zur Anbindung der Gleitschicht, etwa ein Aufsintern, werden bei gekrümmten Oberflächen technisch aufwendig.
Bevorzugt werden die Bohrungen durch Laserbearbeitung erzeugt. Das Laserbohren ist ein besonders effizientes Verfahren, welches gerade auch bei schräg eingebrachten Bohrungen vorteilhaft ist.
Bevorzugt sind die Bohrungen in einem Winkel größer als 30 Grad und kleiner als 70 Grad zur Belagoberfläche geneigt. In diesem Bereich erreicht man einen guten Kompromiss zwischen Einbringung der Bohrungen (einfacher, je steiler geneigt) und dem Formschlusseffekt (belastbarer, je flacher geneigt).
Bevorzugt münden in eine Kreuzung von zwei Bohrungen Füllbohrungen, die im Wesentlichen senkrecht zur Belagoberfläche verlaufen. Durch solche Füllbohrungen wird die Einbringung des Belagmaterials in die eigentlich die Verbindung tragenden, schräg verlaufenden Bohrungen unterstützt.
Bevorzugt weisen die Bohrungen einen Durchmesser im Bereich von 0.1 mm und 1 mm auf und führen bis in eine Tiefe von 5mm unterhalb der Belagoberfläche.
Die auf ein Herstellungsverfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers, bei dem in eine Belagoberfläche eines Grundmaterials schräg zur Belagoberfläche Bohrungen eingebracht werden, welche sich zur Belagoberfläche öffnen und welche zumindest teilweise innerhalb des Grundmaterials miteinander an Kreuzungen verbunden sind, wobei anschließend ein Belagmaterial auf die Belagoberfläche so aufgebracht wird, dass es in die Bohrungen bis zu den Kreuzungen eintritt.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise vereinfacht:

1 ein Gleitlager
2 ein schematischer Schnitt durch das Grundmaterial eines Gleitlagers mit Bohrungen
3 die der 2 entsprechende Ansicht, jetzt mit aufgebrachter Gleitschicht
4 eine Abwandlung der Ausführung der 3, mit zusätzlichen Füllbohrungen

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch ein ringförmig ausgeführtes Gleitlager 1. Ein Lagerbereich 3 weist ein Grundmaterial 7, vorzugsweise Stahl, auf, welches an der Innenseite des Gleitlagerrings eine Belagoberfläche 5 ausbildet. Auf der Belagoberfläche 5 ist ein Belagmaterial 9 aufgebracht, welches insbesondere der Verbesserung der Gleiteigenschaften dient. Vorzugsweise wird hier ein Polymer verwendet. Um auch hinsichtlich einer Langzeitstabilität günstige Eigenschaften eines solchen Belagmaterials 9 herzustellen, ist deren Anbindung an das Grundmaterial 7 wesentlich.
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Querschnittes durch den Lagerbereich 3 und zwar ohne Belagmaterial 9. In einem Winkel W zur Belagoberfläche sind Bohrungen 11 schräg in das Grundmaterial 7 eingebracht. Je zwei Bohrungen 11 treffen sich in diesem Beispiel in je einer Kreuzung 13. In der Kreuzung 13 können auch weitere Bohrungen 11 münden, beispielsweise aus einer Dimension senkrecht zur Zeichenebene.
3 zeigt nun die Ausführungsform der 2 mit aufgebrachtem Belagmaterial 9. Das Belagmaterial 9 wird so aufgebracht, beispielsweise unter erhöhtem Druck und/oder Temperatur, dass es in die Bohrungen 11 eindringt und zwar zumindest bei einem wesentlichen Teil der Bohrungen 11 bis zu den Kreuzungen 13. Härtet das Belagmaterial 9 dann aus, bildet es über die Erstreckung in die Bohrungen 11 und Kreuzungen 13 einen Formschluss mit dem Grundmaterial 7. Damit wird zusätzlich zu adhäsiven Kräften die Anbindung des Belagmaterials verstärkt. Das Belagmaterial wird also netz- oder wurzelartig im Grundmaterial 7 verankert und insbesondere eine Langzeitfestigkeit der Gleitschicht wird verbessert.
Bezugszeichenliste

1: Gleitlager
3: Lagerbereich
5: Belagoberfläche
7: Grundmaterial
9: Belagmaterial
11: Bohrungen
13: Kreuzungen
15: Füllbohrungen
W: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019101969 A1 [0002]
DE 102012014114 A1 [0003]
DE 102009002529 A1 [0004]
DE 102017119728 A1 [0005]
DE 102016110858 A1 [0006]
US 6498127 B1 [0007]
RU 112303 U1 [0008]
DE 102021101097 b3 [0009]

Claims

Gleitlager (1) mit einem Lagerbereich (3), der einen auf einer Belagoberfläche (5) eines Grundmaterials (7) angebundenen Gleitbelag aus einem Belagmaterial (9) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass im Grundmaterial (7) schräg zur Belagoberfläche (5) Bohrungen (11) eingebracht sind, welche sich zur Belagoberfläche (5) öffnen und welche zumindest teilweise innerhalb des Grundmaterials (7) miteinander an Kreuzungen (13) verbunden sind, wobei das Belagmaterial (9) zumindest einen Teil der Bohrungen (11) bis zu den Kreuzungen (13) füllt.
Gleitlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Belagmaterial (9) ein Polymer ist.
Gleitlager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Belagmaterial (9) faserverstärkt ist.
Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Belagoberfläche (5) gekrümmt ist.
Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen () durch Laserbearbeitung erzeugt werden.
Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (11) in einem Winkel (W) größer als 30 Grad und kleiner als 70 Grad zur Belagoberfläche (5) geneigt sind.
Gleitlager (1) nach einem der Ansprüch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Kreuzung (13) von zwei Bohrungen (11) eine Füllbohrung (15) mündet, die im wesentlichen senkrecht zur Belagoberfläche (5) verläuft.
Gleitlager (1) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (11) einen Durchmesser im Bereich von 0.1 mm - 1mm aufweisen.
Gleitlager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (11) bis in eine Tiefe von 5mm unterhalb der Belagoberfläche (5) führen.
Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (1), bei dem in eine Belagoberfläche (5) eines Grundmaterials (7) schräg zur Belagoberfläche (5) Bohrungen (11) eingebracht werden, welche sich zur Belagoberfläche (5) öffnen und welche zumindest teilweise innerhalb des Grundmaterials (7) miteinander an Kreuzungen (13) verbunden sind, wobei anschließend ein Belagmaterial (9) auf die Belagoberfläche (5) so aufgebracht wird, dass es zumindest in einen Teil der Bohrungen (11) bis zu den Kreuzungen eintritt.