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Hochbelastbares Gleitlagerelement
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Die Erfindung bezieht sich auf ein hochbelastbares Gleitlagerelement
mit einer gegossenen bzw. gewalzten Schicht aus Lagermetall und einer auf dieser
Lagermetallschicht aufgebrachten durchgehenden Laufschicht aus Kunststoffbasis.
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Die Gleiteigenschaften von Lagerwerkstoffen auf Kunststoffbasis sind
zwar günstiger als Jene eines Lagermetalls auf Aluminium- oder Kupferbasis, doch
besitzen Kunststoffe eine vergleichsweise geringe Festigkeit, weshalb bei deren
alleiniger Verwendung als Laufschicht die Gefahr besteht, daß bei höheren Lagerbelastungen
Dauerbrüche auftreten.
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Außerdem weisen Kunststoffe im Vergleich mit Aluminium oder Kupfer
eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß die Abfuhr der Lagerreibungswärme
von der Lauffläche stark gedrosselt ist, und es zu Wärmeschäden kommen kann.
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Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, die Laufschicht auf
Kunststoffbasis nicht als geschlossene Schicht auszubilden, sondern durch Stege
aus Lagermetall zu unterbrechen. Durch ein solches Einbetten der Kunststoff-Laufschicht
in oberflächliche Vertiefungen der wesentlich
festeren Schicht aus
Lagermetall wird die Laufschicht auf Kunststoffbasis durch die Lagermetallschicht
gestützt, was die Belastbarkeit des Lagers beträchtlich erhöht. Außerdem wird durch
die verbleibenden Stege der Lagermetallschicht eine Quetschverformung der Laufschicht
verhindert und die Wärmeabfuhr verbessert. Da aber die Stege aus dem Lagermetall
mit den ungünstigeren Gleiteigenschaften am Reibungsvorgang teilnehmen, ist die
Gefahr des Anreibens besonders während des Einlaufens dieser Gleitlager gegeben,
weil mit örtlichen Druckspitzen gerechnet werden muß. Um nun dem Gleitlagerelement
auch beim Einfahren günstige Gleiteigenschaften zu verleihen, wurde vorgeschlagen,
die Stege aus Lagermetall gegenüber der Laufschicht auf Kunststoffbasis zurUckzusetzen.
Dadurch wird aber eine geschlossene Lauffläche verhindert und die Ausbildung eines
tragenden Schmiermittelfilms erschwert.
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Für Gleitlager mit gesinterten Lagermetallschichten müssen die beim
Sintern zwangsweise entstehenden Poren abgedeckt werden, um einen entsprechenden
Schmiermittelfilm sicherstellen zu können. Ein solcher Porenverschluß wird bei einem
bekannten Sintermetall-Gleitlager (AT-PS 328.799) durch das Aufspritzen einer Kunststoffschicht
erreicht, wobei durch das Ausfüllen der Poren eine entsprechende Verankerung der
aufgespritzen Kunststoffschicht sichergestellt werden soll, um den sonst zu erwartenden
Ablöseerscheinungen vorzubeugen.Durch die in vorhandene Poren der Sintermetallschicht
eingreifenden Ansätze der Kunststoffschicht kann zwar die Verbindung zwischen der
Sintermetallschicht und der Kunststoffschicht verbessert werden, doch kann durch
die in die Poren ragenden Ansätze der Kunststoffschicht diese nicht gestützt werden,
was die Belastbarkeit eines solchen Lagers beeinträchtigt, ganz abgesehen davon,
daß Sintermetall-
Gleitlager von vornherein eine vergleichsweise
geringe Tragfähigkeit besitzen. Dazu kommt noch, daß für eine günstige Wärme abfuhr
die Kunststoffschicht möglichst dünn sein soll, was aber die Anreibgefahr bei höheren
Belastungen mit sich bringt, weil große Oberflächenbereiche der Sintermetallschicht
durch den Kunststoff hindurchdringen können.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein hochbelastbares
Gleitlagerelement der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß trotz einer
durchgehenden Laufschicht auf Kunststoffbasis eine ausreichende Festigkeit und eine
genügende Wärme abfuhr über das Lagermetall gewährleistet wird, ohne daß die Gefahr
eines Anreibens bei dem besonders gefährdeten Einlaufvorgang besteht.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die der Laufschicht
zugekehrte Oberfläche der Lagermetallschicht durch eine mechanische bzw. chemische
Bearbeitung profiliert ist, und daß die Dicke der Laufschicht über den gegen die
Lauffläche vorragenden Profilspitzen der Lagermetallschicht vorzugsweise kleiner
als 25 um ist. Durch die Profilierung der Oberfläche der Lagermetallschicht wird
einerseits eine Verzahnung zwischen der Lagermetallschicht und der Laufschicht auf
Kunststoffbasis erreicht, über die die Stützwirkung der Lagermetallschicht auf die
Kunststoffschicht voll zur Wirkung kommen kann, weil die Lagermetallschicht weit
in die Kunststoffschicht hineinragt, und anderseits eine gute Wärmeabfuhr sichergestellt.
Die Profilierung der Oberfläche der Lagermetallschicht ergibt nämlich eine stark
vergrößerte Berührungsfläche zwischen den beiden Schichten, wobei die Dicke der
Kunststoff-Laufschicht im Bereich der vorragenden Profilspitzen sehr klein
gehalten
werden kann. Durch die geringe ttberdeckungshöhe von vorzugsweise weniger als 25
m im Bereich der Profilspitzen spielt die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes
kaum eine Rolle. Außerdem ergeben sich beim Einlaufen des Lagers wegen der bereichsweise
geringen Schichtdicke der Kunststoffschicht keine Nachteile, weil die Lagermetallschicht
nur örtlich begrenzt an wenigen Stellen durch die Kunststoffschicht durchtreten
kann, wobei Ja für den besonders gefährdeten Einlaufvorgang noch die geschlossene
Laufschicht auf Kunststoffbasis ausgenützt werden konnte.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Gleitlagerelementes können
somit die Vorzüge einer geschlossenen Kunststoff-Laufschicht besonders in der kritischen
Einlaufphase voll ausgeschöpft werden, ohne die bisher damit verbundenen Nachteile
einer geringen Festigkeit und einer ungenügenden Wärme abfuhr in Kauf nehmen zu
müssen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise rein
schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gleitlagerelement
mit einem mechanisch hergestellten Oberflächenprofil der Lagermetallschicht im Schnitt,
Fig. 2 ein solches Gleitlagerelement mit einer durch einen Ätzvorgang erreichten
Profilierung und Fig. 3 ein Gleitlagerelement, bei dem die Oberfläche der Lagermetallschicht
nach einer mechanischen Profilierung zusätzlich geätzt wurde.
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Auf einem beliebigen Lagerkörper 1 aus Stahl od.dgl.
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ist eine gegossene oder gewalzte Schicht 2 aufgetragen, die aus einem
Lagermetall auf Aluminium- oder Kupferbasis besteht. Auf diese Lagermetallschicht
2 ist eine Laufschicht 3 auf Kunststoffbasis aufgebracht.
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Gleitlager von vornherein eine vergleichsweise geringe Tragfähigkeit
besitzen. Dazu kommt noch, daß für eine günstige Wärmeabfuhr die Kunststoffschicht
möglichst dünn sein soll, was aber die Anreibgefahr bei höheren Belastungen mit
sich bringt, weil große Oberflächenbereiche der Sintermetallschicht durch den Kunststoff
hindurchdringen können.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein hochbelastbares
Gleitlagerelement der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß trotz einer
durchgehenden Laufschicht auf Kunststoffbasis eine ausreichende Festigkeit und eine
genügende Wärme abfuhr über das Lagermetall gewährleistet wird, ohne daß die Gefahr
eines Anreibens bei dem besonders gefährdeten Einlaufvorgang besteht.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die der Laufschicht
zugekehrte Oberfläche der Lagermetallschicht durch eine mechanische bzw. chemische
Bearbeitung profiliert ist, und daß die Dicke der Laufschicht über den gegen die
Lauffläche vorragenden Profilspitzen der Lagermetallschicht vorzugsweise kleiner
als 25 um ist. Durch die Profilierung der Oberfläche der Lagermetallschicht wird
einerseits eine Verzahnung zwischen der Lagermetallschicht und der Laufschicht auf
Kunststoffbasis erreicht, über die die Stützwirkung der Lagermetallschicht auf die
Kunststoffschicht voll zur Wirkung kommen kann, weil die Lagermetallschicht weit
in die Kunststoffschicht hineinragt, und anderseits eine gute Wärmeabfuhr sichergestellt.
Die Profilierung der Oberfläche der Lagermetallschicht ergibt nämlich eine stark
vergrößerte Berührungsfläche zwischen den beiden Schichten, wobei die Dicke der
Kunststoff-Laufschicht im Bereich der vorragenden Profilspitzen sehr klein
gehalten
werden kann. Durch die geringe Uberdeckungshöhe von vorzugsweise weniger als 25zum
im Bereich der Profilspitzen spielt die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes
kaum eine Rolle. Außerdem ergeben sich beim Einlaufen des Lagers wegen der bereichsweise
geringen Schichtdicke der Kunststoffschicht keine Nachteile, weil die Lagermetallschicht
nur örtlich begrenzt an wenigen Stellen durch die Kunststoffschicht durchtreten
kann, wobei Ja für den besonders gefährdeten Einlaufvorgang noch die geschlossene
Laufschicht auf Kunststoffbasis ausgenützt werden konnte.
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Durch die erfwndungsgemäße Ausbildung eines Gleitlagerelementes können
somit die Vorzüge einer geschlossenen Kunststoff-Laufschicht besonders in der kritischen
Einlaufphase voll ausgeschöpft werden, ohne die bisher damit verbundenen Nachteile
einer geringen Festigkeit und einer ungenügenden Wärme abfuhr in Kauf nehmen zu
müssen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise rein
schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gleitlagerelement
mit einem mechanisch hergestellten Oberflächenprofil der Lagermetallschicht im Schnitt,
Fig. 2 ein solches Gleitlagerelement mit einer durch einen Ätzvorgang erreichten
Profilierung und Fig. 3 ein Gleitlagerelement, bei dem die Oberfläche der Lagermetallschicht
nach einer mechanischen Profilierung zusätzlich geätzt wurde.
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Auf einem beliebigen Lagerkörper 1 aus Stahl od.dgl.
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ist eine gegossene oder gewalzte Schicht 2 aufgetragen, die aus einem
Lagermetall auf Aluminium- oder Kupferbasis besteht. Auf diese Lagermetallschicht
2 ist eine Laufschicht 3 auf Kunststoffbasis aufgebracht.
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Die Oberfläche 4 der Lagermetallschicht 2 weist eine Profilierung
auf, die nach Fig. 1 durch eine mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen,
Pressen oder Rollen hergestellt wurde, während Fig. 2 eine durch einen Ätzvorgang
bewirkte Profilierung zeigt. Eine solche Profilierung kann aber auch durch eine
kombinierte mechanische und chemische Behandlung erreicht werden, was in Fig. 3
angedeutet ist.
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Die Dicke der Kunststoffschicht 3, die aus einem Kunstharz als Bindemittel
mit Einlagerungen aus Polytetrafluoäthylen, Molybdändisulfid, Graphit od.dgl. Trockenschmiermittel
bestehen kann, wird dabei so gewählt, daß die gegen die Lauffläche 5 vorragenden
Profilspitzen 6 nahe an die Lauffläche 5 heranreichen. Für übliche Motoren hat sich
im Bereich der Profilspitzen 6 eine Uberdeckungshöhe kleiner als 25 im als günstig
erwiesen, weil bei dieser Uberdeckungshöhe die geschlossene Kunststoff-Laufschicht
3 während des Einlaufvorganges noch sichergestellt werden kann und die Schichtdicke
klein genug ist, um die Reibungswärme an die Lagermetallschicht 2 ausreichend weiterzuleiten.
Die durch die Profilierung stark vergrößerte Verbindungsfläche zwischen der Laufschicht
3 und der Lagermetallschicht 2 unterstützt selbstverständlich den Wärmeübergang.
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Die profilierte Oberfläche 4 der Lagermetallschicht 2 gewährleistet
darüber hinaus eine Stützung der Laufschicht 3 durch die Lagermetallschicht 2 zufolge
der Verzahnung dieser beiden Schichten, so daß auch die Fe*igkeitswerte dieser Lagerelemente
gegenüber bekannten Gleitlagerelementen mit einer durchgehenden Laufschicht auf
Kunststoffbasis bedeutend höher liegen.