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Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrschichten-Gleitlager, bestehend aus einem festen metallischen Stützkörper, einer weicheren metallischen Tragschicht aus zumindest Notlaufeigenschaften aufweisender Lagerlegierung, beispielsweise Aluminiumlegierung, und einer galvanisch aufgetragenen Gleitschicht aus zinnhaltiger Lagerlegierung auf Bleibasis, wobei zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht eine Einlage-Doppelschicht, enthaltend eine aus Kupferlegierung bestehende Schicht, angebracht ist und sich die Doppelschicht aus einer mit der Tragschicht verbundenen Vorschicht und einer auf diese galvanisch aufgebrachten, die Gleitschicht anbindenden Bindungsschicht aufbaut.
Aus der DE-OS 2350192 sind Mehrschichten-Gleitlager bekannt, bei welchen die eine Schichtkomponente der Einlage-Doppelschicht als dichter, einebnender Überzug dienen und aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen soll, während die andere Schichtkomponente aus Chrom oder einer Chromlegierung besteht. Dabei soll die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehende, einebnende Schicht auf der Tragschicht angebracht sein und die Schicht aus Chrom oder Chromlegierung sowohl das Abwandern von Zinn aus der Gleitschicht blockieren als auch das Entstehen von Zinnanreicherungen in der Gleitschicht ausschliessen.
Die bekannte Einlage-Doppelschicht ist mit ihren beiden Schichtkomponenten auf diese Funktion abgestimmt, wobei brauchbare Bindung zwischen der Tragschicht und der einebnenden Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung sowie zwischen der Gleitschicht und der Schicht aus Chrom oder Chromlegierung erreichbar ist. Jedoch enthalten Tragschichten zur Erreichung ihrer Notlaufeigenschaften mehr oder weniger Zinn, dessen partielle Abwanderung in die einebnende Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung während des Betriebes des Gleitlagers unter erhöhter Temperatur nicht verhindert werden kann.
Es entstehen dann zwar nicht zwischen der Gleitschicht und der Einlage-Doppelschicht, sondern zwischen der Tragschicht und der Einlageschicht die bekannten spröden intermetallischen Phasen aus Kupfer/Zinn, die nach kurzer Zeit unter dynamischer Belastung des Gleitlagers zum Ablösen der Gleitschicht zusammen mit der Einlageschicht von der Tragschicht führen.
Die DE-AS 2053696 bezieht sich auf ein Gleitlagerelement mit dünner Laufschicht aus einer härteren, Zinn enthaltenden Legierung, die mit einer Schicht aus weicherem metallischen Werkstoff unterlegt ist. Gemäss diesem Vorhalt enthält die Laufschicht ebenfalls Zinn und gegebenenfalls Kupfer, die Problematik der Sicherstellung der Diffusionsabsperrung wird jedoch nicht angesprochen. Der Fachmann konnte hieraus keine Anregungen entnehmen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau für Mehrschichten-Gleitlager der eingangs angeführten Art vorzuschlagen, bei welchem die zwischen der Tragschicht und der Gleitschicht angebrachte Einlageschicht wesentlich verstärkte Bindungseigenschaften sowohl zur Tragschicht als auch zur Gleitschicht hin bei Sicherstellung guter Diffusionsabsperrung für metallische Bestandteile der Tragschicht und der Gleitschicht entwickelt, wobei die Abriebeigenschaften der Einlageschicht zur Vermeidung von Fressen des Gegenläufers bei teilweise abgeriebener Gleitschicht an die Abriebeigenschaften der Gleitschicht und der Tragschicht anpassbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die aus Kupferlegierung bestehende Schicht mit 30 bis 70 Gew.-% Zinn, Rest vorwiegend Kupfer, als die Bindungsschicht auf die Vorschicht, beispielsweise aus Zink und/oder Zinn, aufgebracht ist und eine Dicke von zirka 0, 001 bis zirka 0, 015 mm, vorzugsweise von etwa 0, 001 bis 0, 004 mm, aufweist.
Durch diesen Aufbau der- Einlage-Doppelschicht wird nicht allein eine wesentlich verbesserte Bindung bzw. Bindungsvermittlung erreicht, sondern auch vermieden, dass durch Eindiffundieren von metallischen Bestandteilen aus der Gleitschicht und/oder der Tragschicht in die Einlageschicht die Bindungseigenschaften im Betrieb verschlechtert und die Gleiteigenschaften und Korrosionsfestigkeit, insbesondere die Gleitschicht, während des Betriebes nachteilig beeinflusst werden.
Als besonders überraschend hat sich ergeben, dass nach Verschleiss der Gleitschicht die Einlage-Doppelschicht, d. h. deren Bindungsschicht und deren Vorschicht an den freigelegten Stellen überhaupt nicht mehr auf der Lagerlauffläche feststellbar ist oder in eine dünne Auflage auf der Tragschicht übergeht. Diese Erscheinung lässt sich offenbar damit erklären, dass die Bestandteile der eigentlichen Bindungsschicht und der Vorschicht mit den Additiven des Schmier-
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mittels chemisch reagieren. Die Kupferlegierung, aus der erfindungsgemäss die eigentliche Bindungsschicht gebildet ist, ist zwar keine eigentliche Diffusionssperrschicht für Zinn.
Sie lässt sich aber mit ihrem Zinngehalt so einrichten, dass sich eine Art von Gleichgewicht zwischen dem Zinngehalt der Gleitschicht und dem Zinngehalt der Bindungsschicht ergibt, so dass keine nennenswerte oder merkliche Abwanderung von Zinn in der einen oder der andern Richtung auftritt.
Ähnlich verhält es sich mit der Vorschicht im Hinblick auf die Tragschicht.
Es ist zwar aus der AT-PS Nr. 92420 bekannt, dass Zinn und Zink die Bindung fördernde Bestandteile für Mehrschichten-Gleitlager darstellen, jedoch lässt sich daraus nicht schliessen, dass bei Benutzung von Zinn oder Zink in der Vorschicht einer Einlage-Doppelschicht das ungewollte Abwandern von metallischen Bestandteilen aus der mit der Vorschicht überdeckten Tragschicht und das ungewollte Einwandern von metallischen Bestandteilen in die Tragschicht praktisch verhindert werden kann.
Die Dicke der Vorschicht kann sehr gering sein, vorzugsweise beträgt die Dicke der Vorschicht aus Zink und/oder Zinn 0, 0015 mm.
Überraschende Vorteile bietet die Erfindung in Verbindung mit solchen Gleitlagern, bei denen die Gleitschicht in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht eingebettet ist und innerhalb dieser mit der Bindungsschicht und über jene mit der Vorschicht unterlegt ist. Bevorzugt erstrecken sich dabei die Bindungsschicht und die Vorschicht an den Rändern der streifenförmig in die Tragschicht eingebetteten Gleitschicht bis in die Lagerlauffläche. Hiedurch wird nicht allein eine auch seitliche Abdeckung der streifenförmigen Gleitschicht gegenüber der Tragschicht erreicht, sondern auch das Material der eigentlichen Bindungsschicht und das Material der Vorschicht in der Lagerlauffläche bereitgehalten.
Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, dass sich dann das Material der eigentlichen Bindungsschicht und gegebenenfalls auch das Material der Vorschicht während des Betriebes des Gleitlagers über die in der Lagerlauffläche liegende Oberfläche der Tragschicht verteilt. Hiedurch werden neben den grundsätzlichen Vorteilen der Gleitlager mit in streifenförmigen Zonen in die Tragschicht eingelegter Gleitschicht, wie erhöhte Belastungsfähigkeit, auch die Gleiteigenschaften wesentlich verbessert.
Will man die Materialien der eigentlichen Bindungsschicht und der Vorschicht in der Lagerlauffläche wirksam werden lassen, so empfiehlt es sich, die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht eingebetteten Gleitschicht sich nach der Tiefe der Tragschicht hin verjüngend geneigt auszubilden, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel zwischen 45 und 75 . Die eigentliche Bindungsschicht und die Vorschicht sind dann in die Lagerlauffläche schräg angeschnitten und halten dadurch unter Ausbildung einer vergrösserten Zugangsfläche mehr von ihrem Material in der Lagerlauffläche bereit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Halbschale eines erfindungsgemässen Mehrschichten-Gleitlagers in perspektivischer Darstellung ; Fig. 2 einen Teilschnitt A-B der Fig. 1 stark vergrössert, und Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 2 an einem erfindungsgemäss ausgebildeten Gleitzonen- - Lager.
Im Beispiel der Fig. 1 und 2 weist das Mehrschichten-Gleitlager einen metallischen Stützkörper --5-- aus Stahl, eine weichere, metallische Tragschicht --4-- aus Aluminium-Lagermetall und eine Gleitschicht --1-- aus einer Legierung, beispielsweise PbSn 10 Cu 2 oder aus Blei-Zinn-Leglerung auf. Zwischen der Tragschicht. --4-- und der Gleitschicht --1-- ist eine Einlage-Doppelschicht--2, 3-- angebracht, die aus einer eigentlichen Bindungsschicht --2-- und einer Vorschicht --3-- besteht. Die eigentliche Bindungsschicht --2-- besteht aus einer Legierung mit einem prozentualen Zinngehalt zwischen 30 und 70 Gew.-%. Sie hat eine Dicke zwischen etwa 0, 001 und etwa 0, 015 mm. Die Vorschicht --3-- besteht im Beispiel der Fig. 1 aus Zinn und hat eine Dicke von etwa 0,001 mm.
Zur Herstellung des Gleitlagers wurde zunächst bandförmiges Aluminium-Lagermetall auf ein Stahlband plattiert. Aus Zuschnitten aus diesem Bimetall-Material wurde die in Fig. 1 gezeigte Gleitlagerschale geformt. Nach dem Formen wurde auf die Oberfläche der Tragschicht --4-- aus Aluminium-Lagermetall die Vorschicht --3-- galvanisch aufgebracht. Über die Vorschicht --3--
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wurde die eigentliche Bindungsschicht--2--galvanisch aufgebracht. Schliesslich wurde über diese eigentliche Bindungsschicht --2-- die Gleitschicht --1-- galvanisch aufgebracht.
Bei Versuchen mit derartigen Gleitlagern hat sich gezeigt, dass die CuSn-Bindungsschicht-2-- dann keine Ablösungserscheinungen und Lagerausfälle zeigte, wenn der prozentuale Anteil an Zinn in der CuSn-Bindungsschicht grösser als 30 Gew.-% war. Die Diffusion von aus der galvanisch aufgebrachten Gleitschicht --1-- abwanderndem Zinn ist vernachlässigbar klein. Des weiteren wurde überraschenderweise bei den eingehenden Untersuchungen unter Mangelschmierung festgestellt, dass selbst nach dem Verschleiss der aus PbSnCu oder PbSn bestehenden, galvanisch aufgebrachten Gleitschicht --1-- zwischen der CuSn-Bindungsschicht und dem metallischen Wellenwerkstoff keine Fresserscheinungen auftraten.
Dagegen wurden bei Versuchen unter gleichen Bedingungen
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läufen Ausfälle (Fresser) festgestellt.
Versuchsreihen haben ergeben, dass die vorstehend geschilderten Vorteile der eigentlichen Bindungsschicht --2-- nur dann erreicht werden, wenn zwischen der Tragschicht --4--, insbesondere einer Tragschicht aus Aluminium-Lagermetall, und der eigentlichen Bindungsschicht --2-eine Vorschicht --3-- aus Zink und/oder Zinn und einer Dicke von etwa lim erzeugt wird.
Im Beispiel der Fig. 3 handelt es sich um ein hochbelastbares Gleitlager in Form eines Rillenlagers, bei dem die Gleitschicht --1-- in streifenförmigen, sich im wesentlichen in Um- fangsrichtung erstreckenden Zonen, beispielsweise schraubenförmig angeordneten Zonen, die Tragschicht --4-- eingebettet ist. Wie die Zeichnungen zeigen, ist die Gleitschicht-l-innerhalb der Tragschicht --4-- mit der eigentlichen Bindungsschicht --2-- unterlegt.
Unter der eigentlichen Bindungsschicht --2-- liegt innerhalb der Tragschicht --4-- die Vorschicht --3--. Die Seitenränder der streifenförmig in die Tragschicht --4-- eingebetteten Gleitschicht --1-sind nach der Tiefe der Tragschicht --4-- hin verjüngend geneigt mit einem Neigungswinkel a,
der im dargestellten Beispiel etwa 600 beträgt. Dabei erstreckt sich die eigentliche Bindungs- schicht --2-- und die Vor schicht --3-- an den Seitenrändern der Gleitschicht --1-- bis in die Lagerlauffläche --6--. Dadurch wird die Lagerlauffläche --6-- teilweise durch die Oberfläche der Tragschicht --4-- und teilweise durch die Oberfläche der Gleitschicht --1-- sowie zu einem weiteren Teil durch die schräg geschnittenen Querschnittsflächen der Bindungsschicht und der Vorschicht --3-- gebildet.
Das Material der Bindungsschicht --2-- und das Material der Vorschicht --3-- wird im Betrieb des Gleitlagers über die gesamte Lagerlauffläche --6-- verteilt und bildet im Zusammenwirken mit im Schmiermittel enthaltenen Additiven eine die gesamte Lager-
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Wie im Beispiel nach Fig. 1 und 2, kann auch in diesem Beispiel der Stützkörper --5-- aus Stahl bestehen. Die Tragschicht --4-- kann aus Aluminium-Lagermetall und die Gleit- schicht-l-aus zinnhaltiger Lagerlegierung, beispielsweise PbSnCu oder PbSn, bestehen.
Die Materialien und die Dicken der Bindungsschicht --2-- und der Vorschicht --3-- können im wesentlichen gleich wie im Beispiel der Fig. 1 und 2 vorgesehen sein.
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