DE7918966U1 - Tribological workpiece, for example plain bearings with an adaptation layer for loads with extremely high surface pressure - Google Patents
Tribological workpiece, for example plain bearings with an adaptation layer for loads with extremely high surface pressureInfo
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- DE7918966U1 DE7918966U1 DE7918966U DE7918966DU DE7918966U1 DE 7918966 U1 DE7918966 U1 DE 7918966U1 DE 7918966 U DE7918966 U DE 7918966U DE 7918966D U DE7918966D U DE 7918966DU DE 7918966 U1 DE7918966 U1 DE 7918966U1
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Description
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- 4 - Wiesbaden, den 01. Juli 1980 G 519 ud/ha- 4 - Wiesbaden, July 1st, 1980 G 519 ud / ha
Glyco-Metall-Werke
Daelen & Loos GmbH
Stielstrasse 11
6200 WiesbadenGlyco-metal works
Daelen & Loos GmbH
Stielstrasse 11
6200 Wiesbaden
Tibologisches Werkstück, beispielsweise Gleitlager mit Anpassungsschicht für Beanspruchung mit extrem hohem FlächendruckTibological workpiece, for example a slide bearing with an adaptation layer for stress with extremely high surface pressure
Die Erfindung bezieht sich auf ein txibologisches Werkstück, beispielsweise Gleitlager mit Anpassungsschicht für Beanspruchung mit extrem hohem Flächendruck und bzw. oder Reibung bzw. Verschleiß und bzw. oder hoher Temperatur auf seiner Gleitfläche.The invention relates to a texibological workpiece, For example, plain bearings with an adaptation layer for loads with extremely high surface pressure and / or or friction or wear and / or high temperature on its sliding surface.
Die grundsätzliche Bedeutung der vorliegenden Erfindung sei im folgenden anhand des Beispiels von Gleitlagerelementen als tribologisches Werkstück dargelegt.The basic meaning of the present invention is given below using the example of slide bearing elements presented as a tribological workpiece.
Bei jedem Starten oder Abschalten einer hydrodynamisch geschmierten Lagerstelle wird normalerweise die Zone der Mischreibung durchschritten. Hierbei kommt es zu direktem partiellen Kontakt zwischen Gleitlagerwerkstoff und Wellenwerkstoff. Dadurch entsteht in AbhängigkeitEach time a hydrodynamically lubricated bearing is started or shut down, the zone the mixed friction passed. This leads to direct partial contact between the plain bearing material and shaft material. This creates dependency
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der Belastung ein mehr oder minder starker Verschleiß der Paarungspartner. Bei Gleitlagern ist gewöhnlich ein Anpassungsvorgang notwendig, um bei neuen jungfräulichen Lagerpaarungen eine Angleichung der Mikrogeometrien zwischen Welle und Lager herbeizuführen, d.h, die bei der Bearbeitung in den Grenzflächen entstandenen Rauheitsspitzen oder die geometrischen Ungenauigkeiten durch programmierten Verschleiß zu glätten und somit den Traganteil des tribologischen Werkstückes, z.B. des Gleitelementes, und damit die zulässige mechanische Belastungsgrenze zu erhöhen. Hierbei ist die für diesen Vorgang benötigte Zeit bisher vorwiegend von den Eigenschaften des Tribosystems Glei ti agerwerkstoff/Schmier stoff/Wellenwerks to f|f abhängig. Durch den Einsatz galvanischer Überzüge für hoch zu belastende, einbaufertige Lagerschalen für Verbrennungskraftmaschinen, sog. Dreistofflager, sind vorbeugende Anpassungsvorgänge, z.B. für Motore der PKW-Industrie, praktisch entfallen, während bei Dieselmotoren im Bereich von 37O bis 1580 kW die Anpassungszeit von 20 bis 30 auf 2 bis 5 Stunden herabgesetzt werden konnte. Bei Dreistofflagern wird in der Regel auf eine Basisschicht des grundlegenden Gleitlagerwerkstoffes, bestehend z.B. aus Kupfer- oder Aluminiumlegierungswerkstoff, ein duktiler galvanischer Überzug in einer Schichtdicke von 0,015 bis O,O4O min üblicherweise maßgalvanisch, d.h. ohne nochmalige nachträgliche mechanische Bearbeitung,the stress a more or less severe wear of the mating partner. In the case of plain bearings, there is usually an adjustment process necessary in order to adjust the micro-geometries with new, virgin bearing pairings between the shaft and the bearing, i.e. the roughness peaks resulting from machining in the interfaces or to smooth the geometric inaccuracies through programmed wear and thus the contact area of the tribological workpiece, e.g. the sliding element, and thus the permissible mechanical load limit to increase. The time required for this process has so far mainly been dependent on the properties of the Tribosystems sliding bearing material / lubricant / shaft mechanism to f | f addicted. By using galvanic coatings for heavy-duty, ready-to-install bearing shells for Internal combustion engines, so-called three-fuel bearings, are Preventive adjustment processes, e.g. for engines in the car industry, are practically no longer necessary, whereas with diesel engines in the range from 370 to 1580 kW, the adjustment time can be reduced from 20 to 30 to 2 to 5 hours could. In the case of three-component bearings, a base layer of the basic plain bearing material is usually used, consisting e.g. of copper or aluminum alloy material, a ductile galvanic coating in one layer thickness from 0.015 to 0.O4O min usually galvanized, i.e. without repeated subsequent mechanical processing,
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' Dlpl.-Phys. Heinrich Seids . Patentanwalt · Bierstadter Höhe IS . Postfach SlOS · 6200 Wiesbaden i ■ <S" (0 6121) do 20 22'Dlpl.-Phys. Heinrich Seids. Patent attorney · Bierstadter Höhe IS. P.O. Box SlOS · 6200 Wiesbaden i ■ <S "(0 6121) do 20 22
aufgebracht.upset.
Die Anpassungsfähigkeit der relativ weichen, duktilen Galvanikschicht begünstigt den Anpassungsvorgang und erhöht sowohl die Widerstandsfähigkeit des Gleitlagers gegen Verschweißen mit der Welle als auch die Benetzbarkeit mit Schmiermitteln. Die galvanischen Überzüge bestehen entweder aus Ble.i.-Indium, Blei-Zinn oder auch aus Blei-Zinn-Kupfer. Bei den letzteren sind neuerdings Legierungen mit erhöhten Kupfergehalten bis zu 10% Massenanteil bekannt (DE-OS 27 22 144). Die erhobenen Forderungen seitens der Motorenhersteller nach erhöhter Belastbarkeit sowie Ermüdungsfestigkeit als auch Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit haben zu diesen neueren galvanischen Schichten geführt, die jedoch aufgrund ihrer höheren Härte die Bedingungen zur Wirksamkeit des Anpassungsvorganges nicht mehr vollständig zufriedenstellend erfüllen. Dem versucht man durch Zugabe von EP-Zusätzen zum Schmieröl näher zu kommen, wobei das Abtragen von Rauheitsspitzen durch einen verknüpften chemisch-mechanischen VOi.-gang bewirkt wird. Durch partielle Berührung während desThe adaptability of the relatively soft, ductile electroplated layer favors the adaptation process and increases it both the resistance of the plain bearing to welding with the shaft and the wettability with Lubricants. The galvanic coatings consist either of lead-i-indium, lead-tin or lead-tin-copper. In the case of the latter, alloys with increased copper contents of up to 10% by mass have recently become known (DE-OS 27 22 144). The demands made by engine manufacturers for increased load capacity and fatigue strength as well as wear resistance and corrosion resistance have added to these newer galvanic Layers led, however, due to their higher hardness, the conditions for the effectiveness of the adjustment process no longer fully satisfactory. This is attempted by adding EP additives to the lubricating oil to come closer, whereby the removal of roughness peaks by a linked chemical-mechanical VOi is effected. Partial contact during the
! AnpassungsVorganges entstehen gewissermaßen Druckspitzen j und Temperaturspitzen, die zu einer chemischen Reaktion | der aggresiv werdenden Wirkstoffe der Additive mit den Werkstoffen der Lagerstelle unter Bildung von z.B. Metallsulfiden, -Chloriden, -phosphaten führen, wobei verstärkt! Adjustment process to a certain extent creates pressure peaks j and temperature peaks that lead to a chemical reaction | the aggressive active ingredients of the additives with the Materials of the bearing with the formation of e.g. metal sulphides, chlorides and phosphates, whereby reinforced
zur Verschweißung führende Bildung von Ad und somit eine Materialermüdung durch höh
vermieden wird. Es wurde beobachtet, daß
umwandlung der Gleitwerkstoffoberfläche,
aus Pb-Sn-Cu bestehende! Galvanikschichten Anpassungsphase - je nach Art und Größe d
der Betriebsbedingungen der Motore (Langs Kurzstreckenfahrt und entsprechende Tempe
ungleichmäßig verteilt über die Lagermeta erfolgt und auch im zeitlichen Ablauf unk
abläuft, was naturgemäß zu Betriebsstörun kann.Formation of Ad leading to welding and thus material fatigue due to heights is avoided. It was observed that
conversion of the sliding material surface,
made of Pb-Sn-Cu! Electroplating layers adjustment phase - depending on the type and size of the operating conditions of the motors (long, short-distance travel and corresponding temperatures are unevenly distributed over the storage meta and also run unk over time, which can of course lead to operational disruptions.
In der DE-OS 28 40 425 ist es Aufgabe der besserte Anpassungsschichten für z.B. auf spruchte Elemente, insbesondere auf herköi schichtgleitelemente, zu schaffen.In DE-OS 28 40 425 it is the task of the improved adaptation layers for e.g. to create required elements, in particular on herköi schichtgleitelemente.
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(0 6121) 56 20(0 6121) 56 20
Die Lösung dieser in der DE-OS 2 8 40 425 genannten Aufgabe wird dadurch erreicht, daß die Anpassungsschicht als geschlossene, durchgehende Reaktionsschicht auf der Basis von trockene Reibung und Verschweißen von Metallflächen verhindernden Metallsalzen durch kontrollierte, vorbeugende chemische Umwandlung der Werkstückoberfläche mittels solcher verschleiß- und korrosionshemmender Hochdruckzusätze erzeugt wird, die ansich als erst im betrieblichen Einsatz unter Einwirkung von erhöhtem Druck und Temperatur partiell wirksam werdende Additive bzw. Inhibitoren in natürlichen sowie synthetischen Schmiermitteln bzw. Emulsionen zur Verminderung von Reibung, Verschleiß, Temperatur bzw. Korrosion bekannt sind.The solution to this problem mentioned in DE-OS 2 8 40 425 is achieved in that the adaptation layer is a closed, continuous reaction layer based on dry friction and welding of metal surfaces preventive metal salts through controlled, preventive chemical conversion of the workpiece surface using Such wear and corrosion-inhibiting high-pressure additives are generated, which in themselves are only used in operational Use of additives or inhibitors that become partially effective under the effect of increased pressure and temperature in natural and synthetic lubricants or emulsions to reduce friction, wear, Temperature and corrosion are known.
Ferner ist es die weitere Aufgabe gemäß der DE-OS 28 40 425 Werkstücke, insbesondere Gleitlagerelemente zu schaffen, die mit solcher Anpassungsschicht wesentlich verbesserter Eigenschaften ausgestattet sind. Dies wird dadurch erreicht, daß das Werkstück auf seiner dem Verschleiß unter relativ hohem Flächendruck und bzw. oder erhöhter Reibung und bzw. oder erhöhter Temperatur ausgesetzten Oberfläche eine geschlossene, durchgehende Reaktionsschicht hoher Scherfestigkeit in Form von Metall-Chloriden, -phosphaten und bzw. oder -sulfiden trägt, die Trcckenreibung und Verschweißen an Metallflächen verhindert. Furthermore, it is the further task according to DE-OS 28 40 425 workpieces, in particular slide bearing elements to create that are equipped with such an adaptation layer with significantly improved properties. This is achieved in that the workpiece is exposed to wear and tear under relatively high surface pressure and / or or increased friction and / or increased temperature exposed surface a closed, continuous Bears a reaction layer of high shear strength in the form of metal chlorides, metal phosphates and / or metal sulfides, prevents dry friction and welding on metal surfaces.
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Das tribologische Werkstück kann bevorzugt ein Gleitlagerelement sein, dessen Gleitschicht durch eine Weißmetall-Legierung erhöhten Kupfergehaltes oder durch eine harte Nickel-Zinn-Legierung oder auch durch eine zur Entmischung neigenden Suspensionslegierung, beispielsweise eine Aluminium-Blei-Suspensionslegierung gebildet ist. Bei solchen Werkstücken ist auf der Oberfläche eine gleichmaßige, geschlossene, schützende Isolierschicht gebildet zur Verminderung des Verschleißes und der Temperatur sowie zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit als auch der Korrosionsbeständigkeit. Damit werden solche Werkstücke geeignet, wesentlich höhere Belastungen, insbesondere im Gebiet der Mischroibung, ohne Komplikationen zu überstehen.The tribological workpiece can preferably be a sliding bearing element, the sliding layer of which is made up of a white metal alloy increased copper content or by a hard nickel-tin alloy or by one for segregation suspension alloy, for example an aluminum-lead suspension alloy is formed. With such workpieces there is a uniform, closed, Protective insulating layer formed to reduce wear and temperature as well as to Increase in fatigue strength as well as corrosion resistance. This makes such workpieces suitable Significantly higher loads, especially in the area of mixed rubbing, without complications.
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Der Zeitaufwand zur Herstellung der Schichten ist aber beachtlich und läßt sich bis jetzt nicht in einen Automatenprozeß einfügen.The time required to produce the layers is, however, considerable and, up to now, has not been incorporated into an automatic process insert.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Anpassungsschichten für z.B. auf Reibung beanspruchte Elemente, insbesondere auf herkömmliche Mehrschichtgleitelemente mit mindestens den gleichen guten Eigenschaften wie bekannt aus der DE-OS 28 40 425 zu schaffen, die sich in einer relativ kurzen Zeiteinheit von z.B. ein bis zwei Minuten - je nach Stromdichte und Badkonzentration damit der Beschichtungsvorgang in den Takt eines vorhande-In contrast, it is the object of the present invention to provide adaptation layers for e.g. Elements, especially conventional multilayer sliding elements, with at least the same good properties as known from DE-OS 28 40 425 to create, which in a relatively short time unit of e.g. one to two minutes - depending on the current density and bath concentration, the coating process is
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Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt. Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 - §? (0 6121) 56 20Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patent Attorney. Bierstadter Höhe 15 · P.O. Box 5105 · 6200 Wiesbaden 1 - §? (0 6121) 56 20
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nen Galvanikautomaten eingefügt werden kann.NEN electroplating machines can be inserted.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anpassungsschicht als gleichmäßiger, mikrorissiger (mosaikartiger) Überzug auf der Basis von trockene Reibung und Verschleiß von Metallflächln verhindernden Oxiden des Metalles Molybdän ausgebildet unä durch einen für Bildung mittels eines elektrochemischen Prozeßes typischen Gefügeaufbau mit der Gleitfläche als Grundlage auf dieser gebunden ist.The object is achieved according to the invention in that the adaptation layer is more uniform, more micro-cracked (Mosaic-like) coating on the basis of preventing dry friction and wear of metal surfaces Oxides of the metal molybdenum formed by a typical one for formation by means of an electrochemical process Structure with the sliding surface as a basis on this is bound.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß tribologische Werkstücke, insbesondere herkömmliche Gleitlagerelemente beschichtet mit diesem erfindungsgemäßen Überzug aus Oxiden des Molybdäns wesentlich bessere Eigenschaften aufweisen, als bisher in der Gleitlagertechnik bekannt.It has surprisingly been shown that tribological workpieces, in particular conventional sliding bearing elements coated with this coating of oxides of molybdenum according to the invention, significantly better properties have, as previously known in plain bearing technology.
Durch die erfinderische Maßnahme wird z.B. ein Gleitlagerelement geschafffen, das den bisher herkömmlichen und C1I--optimal technische Lösung angesehenen sogenannten Dreistofflagern mit verbesserter Anpassungsschicht, insbesondere hinsichtlich Verringerung des Verschleißes und der Temperatur als auch Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit, weit überlegen ist.The inventive measure creates a plain bearing element, for example, which is far superior to the so-called three-substance bearings with an improved adaptation layer, which has been considered to be conventional and C 1 I - optimal technical solution up to now, in particular with regard to reducing wear and temperature as well as increasing fatigue strength and corrosion resistance .
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Systematische Reihenuntersuchungen an Gleitlagern haben u.a. gezeigt, daß bei erfindungsgemäßer elektro-chemischer Beschichtung mit Oxiden des Molybdäns von herkömmlichen sog. Dreistoffgleitlagern ebenso die Dauerbelastbarkeit sich überraschenderweise positiv beeinflussen lassen.Systematic series tests on plain bearings have shown, among other things, that with electro-chemical Coating with oxides of molybdenum from conventional so-called three-material plain bearings as well as the long-term load capacity Surprisingly, they can be positively influenced.
In einer besonders vorteilhaften Weise kann die Anpassungsschicht^ die mit dem Grundmetall verankert ist, in einer Dicke zwischen 0,5 um und 3 um, vorzugsweise 1 um, ausgebildet sein.In a particularly advantageous manner, the adaptation layer ^ which is anchored to the base metal, in a thickness between 0.5 µm and 3 µm, preferably 1 µm be.
In besonders vorteilhafter Weise kann der Gefügeaufbau der Anpassungsschicht ein durch kathodische Elektrolyse gebildetes Gefüge sein. In einer weiteren vorteilhaften Weise kann eine Basisschicht aus einer Nickel-Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt zwischen etwa 30 und 90 Gew.-% und mit einer Dicke von maximal O,l mm, vorzugsweise 0,005 mm bis 0,015 mm, dicken Gleitschicht auf Lagerwerkstoff von einer Brinellhärte zwischen etwa 4 und 30 überdeckt werden, und über dieser Gleitschicht eine gleichmäßige, mikrorissige (mosaikartige) Anpassungsschicht aus Oxiden des Metalles Molybdän angeordnet sein. In besonders vorteilhafter Weise kann das tribologische Werkstück in Form eines Gleitlagerelementes ausgebildet sein, bei dem die die Anpassungsschicht tragende Gleitschicht des Gleitlagerelementes aus einer Lagerlegierung mit IO bis 20% Zinn, 6 bis 10% Kupfer, Rest Blei , insbesondereIn a particularly advantageous manner, the structure of the adaptation layer can be achieved by cathodic electrolysis be formed structure. In a further advantageous manner, a base layer made of a nickel-tin alloy with a tin content between about 30 and 90% by weight and with a maximum thickness of 0.1 mm, preferably 0.005 mm to 0.015 mm, thick sliding layer on bearing material with a Brinell hardness between approx. 4 and 30 are covered, and over this sliding layer a uniform, micro-cracked (mosaic-like) adaptation layer be arranged from oxides of the metal molybdenum. In a particularly advantageous manner, the tribological workpiece be designed in the form of a sliding bearing element, in which the sliding layer carrying the adaptation layer of the plain bearing element made of a bearing alloy with 10 to 20% tin, 6 to 10% copper, the remainder lead, in particular
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16% Zinn, 8% Kupfer, Rest Blei, gebildet ist,. Dabei kann
das tribologische Werkstück in Form eines Gleitlagerelementes bei dem die die Anpassungsschicht tragende Gleitschicht
durch eine zur Entmischung neigende Suspensionslegierung, insbesondere eine zur Entmischung neigende
Aluminium-Blei-Legierung gebildet sein.16% tin, 8% copper, the remainder lead. The tribological workpiece can be in the form of a sliding bearing element in which the sliding layer carrying the adaptation layer is formed by a suspension alloy that tends to separate, in particular one that tends to separate
Aluminum-lead alloy can be formed.
Obwohl sich das nachfolgende Beispiel in erster Linie auf ein ausgewähltes, herkömmliches, mehrschichtiges Gleitlagerelement
bezieht, ist es selbstverständlich, daß auch andere Ausführungsformen für Gleitlagerelemente in Bezug
auf die Herstellung von verschleiß-, temperatur- und
korrosionshemmenden Schichten als auch noch für andere
auf Reibung hoch zu belastende, metallische Elemente als die beschriebenen Gleitlager nach der außergewöhnlichen,
einfachen, kostengünstigen Behandlungsmethode im Rahmen
der Erfindung möglich sind, wie z.B. auf Lagerzapfen,
Kolben, Zylinderwandungen, Führungen, Walzenkörper, Werkzeugoberflächen, Zahnflanken von Zahnrädern, Ventilführungen,
Kolbenringe, Rollen- und Zahnketten usw..Although the following example primarily relates to a selected, conventional, multi-layer sliding bearing element, it goes without saying that other embodiments for sliding bearing elements with regard to the production of wear, temperature and
corrosion-inhibiting layers as well as for others
Metallic elements that are highly stressed to friction as the plain bearings described according to the extraordinary, simple, inexpensive treatment method in the frame
of the invention are possible, such as on bearing journals,
Pistons, cylinder walls, guides, roller bodies, tool surfaces, tooth flanks of gear wheels, valve guides, piston rings, roller and toothed chains, etc.
Sogenannte Dreistofflager eines herkömmlichen Schichtaufbaues :So-called three-substance bearings with a conventional layer structure :
Stahlstützkörper, aufgegossene 0,3 mm dicke Kupfer-Blei-Legierung - CuPb22Sn - als Basisschicht, galvanisch aufgebrachter 1,5 im dicker Nickeldamm als Sperrschicht mitSteel support body, cast 0.3 mm thick copper-lead alloy - CuPb22Sn - as a base layer, galvanically applied 1.5 in the thick nickel dam as a barrier layer
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einer etwa 22 um dicken ternären Gleit- und Anpassungsschicht aus PbSnlOCu2, allseits versehen mit einer 1 um dicken Anpassungsschicht aus Oxiden des Molybdäns, hergestellt beispielsweise innerhalb von 1 bis 2 Minuten je nach Stromdichte und Konzentration des Elektrolyten und damit durchaus in den Fertigungstakt eines Automaten passend. Auf der Oberfläche der Gleitlager bildet sich eine gleichmäßige mikroporige (mosaikartige) tiefschwarze Anpassungsschicht.an approximately 22 .mu.m thick ternary sliding and adaptation layer made of PbSnlOCu2, provided on all sides with a 1 µm thick matching layer made of oxides of molybdenum, produced, for example, within 1 to 2 minutes depending on the current density and concentration of the electrolyte and thus definitely in the production cycle of a machine appropriate. A uniform microporous (mosaic-like) deep black forms on the surface of the plain bearing Adaptation layer.
Die erfindungsgemäß behandelten tribologischen Werkstücke z.B. Gleitlager wurden auf einem Gleitlagerprüfstand Tests unterzogen. Für diese Versuche werden einzeln die zu testenden Gleitlagerhälften in Unterteil einer zweiteiligen Lageraufnahme montiert. Im Oberteil der Lageraufnahme wird jeweils eine herkömmliche Gleitlagerschale ohne erfinderische Nachbehandlung eingebaut« Zur Einstellung der Prufbedingungen (Drehzahl, Schmiermitteltemperatur, spezifische Gleitlagerbelastung oder dergleichen) wird nur die obere unbehandelte Gleitlagerhälfte statisch belastet. Durch ein größeres Lagerspiel in der zu testenden Gleitlagerhälfte wird zusätzlich sichergestellt, daß beim Anlassen der Zapfen nicht mit der Testschale in mechanische Berührung kommt. Nach Einstellung der Testbedingungen wird durch Wechsel der Lastrichtung über einen Hebelarm an der Lageraufnahme die zu testende Gleitlagerhälfte mittels eines stufenlos einstellbaren HydraulikzylindersThe tribological workpieces treated according to the invention E.g. plain bearings were tested on a plain bearing test bench subjected. For these tests, the plain bearing halves to be tested are individually placed in the lower part of a two-part Mounted bearing mount. In the upper part of the bearing seat there is a conventional plain bearing shell without inventive aftertreatment built in «To set the test conditions (speed, lubricant temperature, specific plain bearing load or the like) only the upper untreated plain bearing half is statically loaded. A larger bearing play in the sliding bearing half to be tested also ensures that the Tempering the cones does not come into mechanical contact with the test dish. After setting the test conditions the sliding bearing half to be tested is set by changing the load direction via a lever arm on the bearing mount by means of a continuously adjustable hydraulic cylinder
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statisch belastet. Der Hebelarm ist auf Spitzen gelagert und wirkt dadurch gleichzeitig als Reibungswaage. Die Reibungszahl wird mittels einer Druckmeßdose ermittelt.statically loaded. The lever arm is mounted on points and thus acts as a friction balance at the same time. the The coefficient of friction is determined using a pressure cell.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden Abbildungen gezeigt:An embodiment of the invention is shown on the basis of the accompanying figures:
Fig. 1 eine Gleitlagerhälfte gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung;1 shows a sliding bearing half according to the invention in a perspective illustration;
Fig. 2 ein Ausschnitt A-B in bevorzugter Ausführungs form der Gleitlagerhälfte nach Fig. 1, vergrößert und im Schnitt;Fig. 2 is a section A-B in a preferred embodiment form of the sliding bearing half of FIG. 1, enlarged and in section;
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Fig. 3 schematische Darstellung der Wanddickenminderung für unbehandelte —a—, verbesserte -b- Gleitiagerhalften und erfindungsgemäß beschichtete -c- Lagerhälften in Abhängigkeit der statischen Belastung;3 shows a schematic representation of the reduction in wall thickness for untreated —a—, improved -b- Gleitiagerhalften and according to the invention coated -c- bearing halves depending on the static load;
Fig. 4 Schaubild der Temperaturkennlinien für -a- und -b- und erfindungsgemäß beschichtete -c- Gleitlager in Abhängigkeit der statischer Belastung jeweils gemessen am Lagerrücken nach 15 Minuten Betriebsdauer und4 shows a diagram of the temperature characteristics for -a- and -b- and coated according to the invention -c- Plain bearings depending on the static load measured on the back of the bearing after 15 minutes of operation and
Fig. 5 Gegenüberstellung der Reibungszahlkennlinien ebenso für -a-, -b- und -c- in Abhängigkeit der statischen Belastung gemessen erstens -1- in jungfräulichem Zustand sofort nach Zuschaltung der Belastung und zweitens -2-Fig. 5 Comparison of the coefficient of friction characteristics also for -a-, -b- and -c- as a function the static load measured firstly -1- in the virgin state immediately Connection of the load and secondly -2-
nach 15 Minuten Anpassungszeit.after 15 minutes of adjustment time.
Im Beispiel der Figuren 1 und 2 ist auf einen Stahlstützkörper 5 eine Basisschicht 4 aus einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung CuPb22Sn mit einer Schichtdicke von etwa 0,2 mm bis 0,7 mm aufgebracht. Auf dieser Basisschicht 4 ist eine extrem dünne Schicht 3 (Dicke 0,001 bis 0,002 mm) aus Nickel, die bei herkömmlichen Dreistofflagern als Diffusionssperre dient. Über der Diffusionssperrschicht ist z.B. eine etwa 0,022 mm dicke ternäre Gl'jit- und Anpassungsschicht 2 aus PbSnlOCu2. Auf der Gleitschicht 2In the example of FIGS. 1 and 2, a base layer 4 made of a copper-lead-tin alloy is on a steel support body 5 CuPb22Sn applied with a layer thickness of about 0.2 mm to 0.7 mm. On this base layer 4 is an extremely thin layer 3 (thickness 0.001 to 0.002 mm) made of nickel, which is used in conventional three-substance bearings as Diffusion barrier is used. Over the diffusion barrier is e.g. an approximately 0.022 mm thick ternary smooth and conformal layer 2 from PbSnlOCu2. On the sliding layer 2
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und ebenfalls auf dem Stahlstützkörper 5 ist zunächst eine 0,0005 bis 0,003 mm, bevorzugt 0,001 mm dicke Anpassungsschicht aus Oxiden des Molybdäns.and also on the steel support body 5 is initially a 0.0005 to 0.003 mm, preferably 0.001 mm thick adjustment layer from oxides of molybdenum.
Die Figuren 3, 4 und 5 geben die Gegenüberstellung <ler Kennlinien für Wanddickenänderung sowie Temperatur- und Reibungsverhalten der unbehandelten -a- und behandelten -found -c- Gleitlagerschalen bei veränderlichen Lagerdrücken unter ruhender Belastung wieder. Die Diagramme zeigen eindeutig die Überlegenheit der erfindungsgemäß behandelten -c- Gleitlager in Bezug auf Höchstbelastbarkeit unterFigures 3, 4 and 5 provide a comparison Characteristic curves for changes in wall thickness as well as temperature and friction behavior of the untreated -a- and treated -found -c- plain bearing shells at varying bearing pressures again under resting stress. The diagrams clearly show the superiority of those treated according to the invention -c- plain bearings in terms of maximum load capacity under
oben genannten Testbedingungen. Die unbehandelten -a-above test conditions. The untreated -a-
2 .2.
Gleitlager versagen bei einem Lagerdruck von 42 N/mm im Gegensatz zu den behandelten -b- Gleitlagern, welchePlain bearings fail at a bearing pressure of 42 N / mm im In contrast to the treated -b- plain bearings, which
erst bei einem Lagerdruck von etwa 80 N/mm aussetzen. Die erfindungsgemäß behandelten -c- Gleitlager setzenonly expose at a bearing pressure of approx. 80 N / mm. Set the -c- plain bearings treated according to the invention
erst bei einem Lagerdruck von etwa 110 N/mm aus.only at a bearing pressure of about 110 N / mm.
Spätere Untersuchungen bei praxisnahen Einbauverhältnissen unter erschwerten Testbedinqungen, z.B. unter wechselnden Belastungen, Drehzahlen, Schmiermitteltemperaturen, Schmiermittelmengen bzw. Schmiermitteldruck u.dgl., zeigten einwandfrei den Vorteil der erfindungsgemäß behandelten sog. Dreistofflager gegenüber den herkömmlichen bekannten Ausführungen. Anschließende Erprobungen in hochtourigen Rennmotoren mit Turboaufladung und BrennstoffeinspritzungSubsequent investigations with practical installation conditions under difficult test conditions, e.g. under changing Loads, speeds, lubricant temperatures, lubricant quantities or lubricant pressure and the like., Showed the advantage of the so-called three-substance bearings treated according to the invention over the conventional known ones Executions. Subsequent tests in high-speed racing engines with turbocharging and fuel injection
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erfolgten - im Gegensatz zu unbehandelten Dreistofflagern · ohne jede Schwierigkeit.occurred - in contrast to untreated three-substance bearings without any difficulty.
Nachträglicher Ausbau zeigte unverkennbar den Vorsprung dei mikrorissigen erfinderischen Anpassungsschicht in Bezug auf Oberflächenbeschaffenheit, Maßhaltigkeit, Reibung sowie Belastbarkeit im Vergleich mit einem herkömmlichen Schichtaufbau. Nicht nur Gleitlager gleich in Massiv- und/ oder Schichtausführung, auch andere metallische Elemente, welche hoher Reibung bzw. Verschleiß unterliegen, lassen sich einer ähnlichen einfachen, kostengünstigen Behandlung der Oberflächenschicht unterwerfen, damit eine verschleißhemmende tZfi. hochdruckfeste und reibungsarme Schicht mit Schmiereigenschaften gebildet wird.Subsequent expansion unmistakably showed the advantage of the micro-cracked inventive adaptation layer in terms of surface properties, dimensional accuracy, friction and load capacity compared to a conventional layer structure. Not only plain bearings in solid and / or layered design, also other metallic elements, which are subject to high friction or wear, can be subjected to a similar simple, inexpensive treatment of the surface layer, so that a wear- inhibiting tZfi. high-pressure-resistant and low-friction layer with lubricating properties is formed.
Anstelle des oben in Verbindung mit Figur 1 und 2 erläuterten Aufbaus von Gleitlagerelementen kommen auch Gleitlagerelemente mit anderem Aufbau der Gleitschicht zur Ausstattung mit einer erfindungsgemäßen Anpassungsschicht in Betracht. So kann beispielsweise die Gleitschicht eines Gleitlagerelementes aus einer zur Entmischung neigenden Suspensionslegierung bestehen, die beispielsweise fchermokinetisch oder auch durch Auftragen aufgebracht und zusammen mit der Trägerschicht mechanisch verdichtet ist. Diese Suspensionslegierung kann bevorzugt eine Aluminium-Blei-Suspension sein. Auf die Oberfläche einer solchenInstead of the structure of slide bearing elements explained above in connection with FIGS. 1 and 2, slide bearing elements are also used with a different structure of the sliding layer for equipping with an adaptation layer according to the invention in Consideration. For example, the sliding layer of a sliding bearing element can consist of one that tends to separate There are suspension alloy, for example, fchermokinetic or also applied by application and mechanically compressed together with the carrier layer. This suspension alloy can preferably be an aluminum-lead suspension. On the surface of such a
Dipl.-Phys. Heinridi Seids - Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 - 6200 Wiesbacfen 1 - S? (0 6121) 562022Dipl.-Phys. Heinridi Seids - Patent Attorney · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 - 6200 Wiesbacfen 1 - S? (0 6121) 562022
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Gleitschicht kann die Anpassungsschxcht in der erfindungsgemaßen Weise gebildet sein.Sliding layer can adjust the adjustment Schxcht in the invention Way to be educated.
Eine andere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemaßen Anpassungsschicht findet sich auch bei Gleitlagerelementen, deren Gleitschicht durch eine Weißmetall-Legierung gebildetAnother possible application of the adaptation layer according to the invention can also be found in plain bearing elements whose sliding layer is formed by a white metal alloy
ist, die als ternäre Legierung 10% bis 20% Zinn, 6 bis 10% jis that as a ternary alloy 10% to 20% tin, 6 to 10% j
i Kupfer, Rest Blei, insbesondere 16% Zinn, 8% Kupfer, Rest ji copper, remainder lead, in particular 16% tin, 8% copper, remainder j
Blei, enthält, wobei das Zinn stets um 6 bis 8% größeren jContains lead, the tin always being 6 to 8% larger j
Massebestandteil als das Kupfer darstellen soll. Auch auf sine solche Gleitschicht kann die erfindungsgemäße Anpassungsschicht gebildet werden.Mass constituent as the copper is supposed to represent. The adaptation layer according to the invention can also be applied to such a sliding layer are formed.
Eine weitere Möglichkeit der Anwendung der erfindungsgemaßen Anpassungsschicht ist bei harten, dünnen Schichten gegeben, beispielsweise bei solchen Lagerelementen mit dünner Schicht aus einer harten Zinn enthaltenden Legierung die mit einer Schicht aus weicherem metallischer. Werkstoff j unterlegt ist. In solchem Fall kann die Schicht aus einer Nickel-Zinn-Legierung mit einem Zinngehalt zwischen etwa 3O und 90 Gew.-% bascehen und eine Dicke von maximal etwa 0,Ol mm, vorzugsweise etwa 0,005 bis 0,01 mm, aufweisen und mit einer maximal 0,05 mm, vorzugsweise 0,005 bis 0,015 mm dicken Gleitschicht aus Lagerwerkstoff von einer Brinellhärte zwischen etwa 4 und 30 überdeckt sein. Auch in diesem Fall kann über dieser Schicht dieAnother possibility of using the inventive Adaptation layer is given with hard, thin layers, for example with such bearing elements thin layer of a hard tin-containing alloy with a layer of softer metallic alloy. Material j is highlighted. In such a case, the layer can be made of a nickel-tin alloy with a tin content between about 3O and 90 wt .-% bascehen and a maximum thickness of about 0.01 mm, preferably about 0.005 to 0.01 mm and with a maximum 0.05 mm, preferably 0.005 to 0.015 mm thick sliding layer made of bearing material of a Brinell hardness between about 4 and 30 must be covered. In this case, too, the
JJJ1J ** · ti ι ιYYY 1 J ** ti ι ι
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erfindungsgemäße Anpassungsschicht gebildet sein.adaptation layer according to the invention be formed.
Wie Figuren 3, 4 und 5 zeigen, hat die erfindungsgemäße Schicht ein weitaus besseres Einlauf- und Verschleißverhalten als herkömmliche Ternärschichten. Hinzu kommt, daß die Zeit zur Erzeugung einer Dicke von 1 pm mit 1 bis 2 min - je nach Stromdichte und Konzentration des Elektrolyten - durchaus in den Takt eines Automaten paßt. Neben der Aufgabe, in der Einlaufphase die Anpassung der Mikrogeometrien der Reibpartner vorzunehmen, wirken sich die oxidischen Schichten im Mischrexbungsgebiet vorteilhaft aus und mindern den Verschleiß beachtlich. Darüberhinaus hat sich gezeigt, daß sie auch noch eine allseitige korrosionsschützende Funktion ausüben. So werden weder, wie ansonsten bei ternären Gleitschichten üblich, Fingerabdrücke sichtbar, noch treten bei längerem Lagern von Lagerschalen schwarze Flecke aus basischen Sulfiden des Bleis auf. Die erfindungsgemäße Schicht wirkt also polyfunktionell.As FIGS. 3, 4 and 5 show, the layer according to the invention has a far better running-in and wear behavior than conventional ternary layers. In addition, the time to generate a thickness of 1 pm with 1 to 2 min - depending on the current density and concentration of the electrolyte - fits perfectly into the cycle of a machine. In addition to the task of adapting the micro-geometries of the friction partners in the run-in phase, the oxidic layers have an advantageous effect in the mixed area and reduce wear considerably. In addition, it has been shown that they also have an all-round anti-corrosion function. Fingerprints are not visible, as is usually the case with ternary sliding layers, nor do black spots from basic sulfides of lead appear when bearing shells are stored for a long period of time. The layer according to the invention thus has a polyfunctional effect.
Mit Hilfe der Röntgenbeugung werden in den elektrochemisch erzeugten Schichten folgende Oxide des Molybdäns, je nach Versuchsbedingungen, ermittelt:With the help of X-ray diffraction, the following oxides of molybdenum are produced in the electrochemically generated layers, depending on Test conditions, determined:
Ι) MO5Og(OH)8 4)Ι) MO 5 Og (OH) 8 4)
2) MoO(OH)3 5)2) MoO (OH) 3 5)
3) Mo4O11 6)3) Mo 4 O 11 6)
Die besten und gleichmäßigsten Oxidschichten, die fest mit dem Grundmetall verankert sind, werden aus dem nachfolgend aufgeführten Elektrolyten unter den angegebenen ] Bedingungen erhalten: |The best and most uniform oxide layers that are firmly anchored to the base metal are derived from the following obtained electrolytes listed under the specified] conditions: |
4H2O = 10 bis 20 g/l4H 2 O = 10 to 20 g / l
NH4NO3 = 15 bis 30 g/l fNH 4 NO 3 = 15 to 30 g / lf
i =1,5 bis 2,0 A/dm2 i = 1.5 to 2.0 A / dm 2
^ =35 bis 40°C^ = 35 to 40 ° C
t =1,5 bis 2,0 mint = 1.5 to 2.0 min
Anode = RemanitAnode = remanite
pH =5 bis 6pH = 5 to 6
Reaktion = kathodisch ρReaction = cathodic ρ
Eine erfinderische Anpassungsschicht durch kathodische Elektrolyse in einem wässrigen Bad aus |An inventive adaptation layer through cathodic Electrolysis in an aqueous bath from |
10 g/l Ammoniumiieptamolybdat, (NH4JgMo7O24^H2O und 15 g/l Ammoniumnitrat, NH4NO3 10 g / l ammonium ptamolybdate , (NH 4 JgMo 7 O 24 ^ H 2 O and 15 g / l ammonium nitrate, NH 4 NO 3
bei -J· = 40°Cat -J = 40 ° C
einer Stromdichte von 2 A/dm während 2 min erhalten, besteht im wesentlichen aus Molybdänoxidhydroxida current density of 2 A / dm for 2 minutes, consists essentially of molybdenum oxide hydroxide
MoO(OH)3. Sie ist mosaikartig (mikrorissig) ausgebildet und dadurch kapiliaraktiv und überwiegend röntgen- MoO (OH) 3 . It is designed like a mosaic (micro-cracks) and therefore capillary-active and predominantly X-ray
I · I ti · I · I «I · I ti · I · I «
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amorph. Die Größe der einzelnen "Mosaikbausteine" wird beeinflußt von:amorphous. The size of the individual "mosaic blocks" is influenced by:
der Stromdichte i der Temperatur .-A der Konzentration von (NH4JgMo7O24MH2O der Expositxonszeit tthe current density i the temperature.-A the concentration of (NH 4 JgMo 7 O 24 MH 2 O the exposure time t
Außer diesen Beispielen ist die erfindungsgemäße Anpassungsschicht und deren Herstellungsweise auch auf praktisch allen bekannten Schichten von Gleit- und Lagerelementen denkbar.In addition to these examples, there is the adaptation layer according to the invention and how they are manufactured on practically all known layers of sliding and bearing elements conceivable.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2926708 | 1979-07-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7918966U1 true DE7918966U1 (en) | 1980-10-02 |
Family
ID=1325163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7918966U Expired DE7918966U1 (en) | 1979-07-03 | Tribological workpiece, for example plain bearings with an adaptation layer for loads with extremely high surface pressure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7918966U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4125585A1 (en) * | 1990-10-20 | 1992-04-30 | Schaeffler Waelzlager Kg | STEEL COMPONENT WITH GALVANICALLY APPLIED CORROSION PROTECTIVE LAYER |
USRE35860E (en) * | 1991-06-05 | 1998-07-28 | Mpb Corporation | Corrosion-resistant zinc-nickel plated bearing races |
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- DE DE7918966U patent/DE7918966U1/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4125585A1 (en) * | 1990-10-20 | 1992-04-30 | Schaeffler Waelzlager Kg | STEEL COMPONENT WITH GALVANICALLY APPLIED CORROSION PROTECTIVE LAYER |
USRE35860E (en) * | 1991-06-05 | 1998-07-28 | Mpb Corporation | Corrosion-resistant zinc-nickel plated bearing races |
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