COMPOSITE BEARING

Abstract: 1. Composite sliding surface bearing for heavy-duty power trains of internal combustion engines, particularly supercharged diesel engines, consisting of a steel backing, an aluminium bearing alloy layer of the type AlSi12CuMgNi, AlSn6Cu, AlZn5SiCuPb or preferably AlZn4, 5SiCuPb applied to said backing and an antifriction layer, characterized in that a zin-phosphate conversion coating of a thickness of 2 to 8 micrometers is formed on the aluminium bearing alloy layer (2) as the antifriction layer (3).

Description: Dreischicht-Verbundgleitlager Die Erfindung betrifft ein Dreischicht-Verbundgleitlager für hochbelastete Triebwerke von Brennkraftmaschinen, insbesondere für aufgeladene Dieselmotoren. Bei der Weiterentwicklung von Diesel-Saugmotoren durch Aufladung steigen auch die Anforderungen- an das Triebwerk. Hier sind insbesondere die Pleuellager durch die höheren Gaskräfte sehr stark belastet. In den meisten Fällen ist es nicht möglich, die Abmessungen der Pleuellager nennenswert zu vergrössern und damit deren spezifische Belastung auf den bei Saugmotoren üblichen Wert zu reduzieren. Die als Folge davon auftretenden Schädigungen der Gleitlager begrenzen die Standzeit des Motors in unzulässiger Weise. So stellt sich als Detailproblem bei der Entwicklung aufgeladener Dieselmotoren die Aufgabe, Pleuellager mit höherer Ermüdungsfestigkeit und besserem Verschleiss- widerstand zu konzipieren. So-wurde u.a. versucht, die Ermüdungsfestigkeit von Pleuellagern mit Stahlrücken einem Lagerwerkstoff aus einer Blei-Bronze-Legierung und einer galvanisch aufgebrachten Laufschicht den gestiegenen Anforderungen anzupassen. Dabei wurde als erste Massnahme die Dicke der galvaniscilen Gleitschicht reduziert. Dies brachte eine höhere Er:nüdungs- festigkeit speziell der Laufschicht. Das Problem des hohen Verschleisses war damit aber nicht gelöst. Als Folge stellten sich Lagerschcden ein, wenn die Blei-Bronze-Legierung zum Tragen kam. Durch Anheben des Kupferanteils in der Laufschicht von ca. 3 % auf ca. 6 % versuchte man, den Verschleisswiderstand zu verbessern. Diese Massnahme hat teilweise zu längeren Standzeiten der Pleuellager geführt. Es konnten jedoch nicht in allen Fällen zufriedenstellende Laufergebnisse erzielt werden. Eine höhere Ermüdungsfestigkeit und sehr gute Gleiteigen schaften auch nach Verschleiss der Laufschicht weisen Verbundgleitlager auf, die aus einem Stahlrücken als Stützschale, die die Ermüdungsfestigkeit des Lagerwerkstoffs erhöht, einer darauf aufplattierten Schicht einer Aluminium-Lagerlegierung und einer auf die galvanisch abgeschiedenen dünnen Laufschicht aus Blei- oder Zinn Legierungen von 3 bis 30 pm Dicke bestehen, wobei in aller Regel zwischen der Schicht der Aluminium-Lagerlegierung und der Laufschicht eine Nickel-Zwischenschicht angeordnet ist, um eine einwandfreie Haftung der Laufschicht auf der Aluminium-Lagerlegierung zu gewährleisten. Für den genannten Zweck kommen als Aluminium-Lagerlegierung insbesondere diejenigen der Gruppen AlSi12CuNgNi, AlZn5SiCuPb und AlZn4,5SiCuPb in Betracht. Bei diesen Legierungen sind in einer aus Aluminium-Mischkristallen bestehenden Grundmasse feinverteilte heterogene harte Silizide und Aluminide eingelagert. Diese Legierungen zeichnen sich durch geringe Verschleissraten und hohe Ermüdungsfestigkeit aus und ¯ besitzen gegenüber gehärteten Zapfen ein ausgezeiöhnetes Gleitverhalten. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbundgleitlager der vorstehend beschriebenen Ausführungsform so zu konzipieren, dass sie mit einem möglichst geringen Material- und Fertigungsaufwand herstellbar sind. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass auf die auf einen Stahlrücken aufplattierte Aluminium-Lagerlegierungsschicht eine Zink-Phosphat-Schicht von 2 bis 8 jim abgeschieden ist. Die Zink-Phosphat-Schicht ist aufgrund ihrer sehr guten Anpassungsfähigkeit in der Lage, örtliche Lastspitzen abzubauen. Sie sorgt damit für eine gleichmässige Verteilung der Belastung auf den eigentlichen Lagerwerkstoff. Dies ist besonders bei den harten und verschleissfesten Aluminium-Gleitlagerlegierungen von Vorteil, da bei einer Serienfertigung geometrische Ungenauigkeiten, z.B. Fluchtungsfehler, nie ganz ausgeschlossen werden können. Die im Vergleich zum Lagerwerkstoff geringere Verschleissfestigkeit der Phosphatschicht begünstigt weiterhin den Einlaufvorgang. Zweckmässigerweise werden die erfindungsgemässen Massnahmen bei Aluminium-Lagerlegierungen des Typs AlSi12CuMgNi, AlZn5SiCuPb, AlSn6Cu und vorzugsweise bei AlZn4,5SiCuPb angewendet. Das Verfahren zur Herstellung der Zink-Phosphat-überzüge wird in der Weise durchgeführt, dass nach dem Reinigen der aus Stahlstützschale und Aluminium-Lagerwerkstoffschicht bestehenden Lagerschale das Auftragen des Zink-Phosphat überzugs in einer aus primären Zink-Phosphaten in verdünnter Phosphorsäure bestehenden 60 bis 800C warmen Lösung erfolgt und anschliessend mit Wasser von einer Temperatur von 40 bis 60 0C gespült wird. Die Phosphatierungsbäder sind lange Zeit verwendbar, wenn die durch die Schichtbildungsreaktion und den mechanischen Austrag eingetretenen Verluste an Phosphatierungschemikalien regelmässig ersetzt werden. Verdampfungsverluste müssen durch Zugabe von Wasser ausgeglichen werden. Die zur Aufrechterhaltung der Badkonzentration erforderlichen Mengen an Ergänzung chemikalien werden aus den durch Titration erhaltenen Analysendaten ermittelt. Das erfindungsgemäss beschichtete Verbundgleitlager besteht gemäss der Zeichnung aus einer Stahlstützschicht 1 und einer darauf aufgebrachten Aluminium-Lagerlegierungsschicht 2 des Typs AlZn4 > 5SiCuPb, auf der lediglich ein Zink-Phosphat Überzug 3 aufgetragen ist, um eine gewisse Anpassungsmöglichkeit während des Einlaufvorgangs zu gewährleisten. Die Verbundgleitlager wurden anschliessend in das Pleuellager eingesetzt. Die Gleitflächen der Lager waren auc#h nach mehreren 100 Stunden Laufzeit bei vorwiegend Volllastbetrieb glatt und völlig frei von Schädigungen. Die Ergebnisse aus diesem Versuch zeigen eindeutig, dass die erfindungsgemäss gestalteten Verbundgleitlager sehr gute Gleiteigenschaften bei hoher Belastbarkeit und minimalem Verschleiss besitzen.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Dreischicht-Verbundgleitlager für hochbelastete Trieb werke von Brennkraftmaschinen, insbesondere für aufge ladene Dieselmotoren, gekennzeichnet durch einen Stahl stützrücken (1), eine darauf aufgebrachte Aluminium Lagerlegierungsschicht (2) und einer auf dieser abge schiedenen Zink-Phosphat-Laufschicht (3). 2. Dreischicht-Verbundgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aluminium-Lagerlegierungs schicht (2) Legierungen des Typs AlSi12CuMgNi, AlSn6Cu, AlZn5SiCuPb und insbesondere AlZn4,5SiCuPb verwendet sind. 3. Verfahren zur Herstellung des Dreischicht-Verbundgleit lagers nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Lagerlegierungsschicht auf den Stahlrücken aufplattiert und dieser Verbundwerkstoff nach dem Reinigen einem 60 bis 8000 warmen Zink-Phosphat-Bad zugeführt und nach erfolgter Beschichtung in einem 40 bis 6000 warmen Wasserbad gespült wird.

Inventors: PFESTORF, HARALD, DIPL.-ING
Applicants: KOLBENSCHMIDT AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: F16C33
IPC codes: F02B3, C23C22, F16C33