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DE102017119728A1 - Gleitlager und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Gleitlager und Verfahren zum Herstellen desselben Download PDF

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DE102017119728A1
DE102017119728A1 DE102017119728.1A DE102017119728A DE102017119728A1 DE 102017119728 A1 DE102017119728 A1 DE 102017119728A1 DE 102017119728 A DE102017119728 A DE 102017119728A DE 102017119728 A1 DE102017119728 A1 DE 102017119728A1
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Alexander Unger
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Renk GmbH
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Abstract

Gleitlager (1), mit einem Lagergrundkörper (2) aus einem metallischen Werkstoff, und mit einer Gleitlagerschicht (4) aus einem nicht-metallischen Werkstoff, wobei die Gleitlagerschicht entweder unmittelbar oder mittelbar über eine auf den Lagergrundkörper aufgebrachte Zwischenschicht (3) aus einem metallischen Werkstoff auf den Lagergrundkörper (2) aufgebracht ist. Der Lagergrundkörper (2) aus dem metallischen Werkstoff oder die Zwischenschicht (3) aus dem metallischen Werkstoff ist aus einem austenitischen Stahl oder aus einer Metalllegierung gefertigt. Die Gleitlagerschicht (4) aus dem nicht-metallischen Werkstoff ist aus Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gleitlager und ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers.
  • Aus der Praxis bekannte Gleitlager verfügen typischerweise über einen Lagergrundkörper aus einem metallischen Werkstoff, auf den eine Gleitlagerschicht aus einem ebenfalls metallischen Werkstoff entweder unmittelbar oder mittelbar über eine Zwischenschicht aufgebracht ist. Bei aus der Praxis bekannten Gleitlagern ist der Lagergrundkörper typischerweise aus Stahl und die Gleitlagerschicht typischerweise aus Weißmetall oder Bronze gefertigt. Bei aus der Praxis bekannten Gleitlagern wird zur Herstellung derselben ein Weißmetall-Werkstoff oder ein Bronze-Werkstoff auf den Lagergrundkörper oder die auf dem Lagergrundkörper aufgebrachte Zwischenschicht aufgespritzt, um eine gute Haftung der Gleitlagerschicht zu gewährleisten.
  • Obwohl aus der Praxis bekannte Gleitlager bereits gute Eigenschaften hinsichtlich gewünschter Gleiteigenschaften sowie einer gewünschten Verschleißfestigkeit aufweisen, besteht Bedarf daran, Gleitlager hinsichtlich ihrer Eigenschaften weiter zu verbessern. Daher werden bereits Versuche unternommen, Gleitlagerschichten aus metallischen Werkstoffen durch Gleitlagerschichten aus einem nichtmetallischen Werkstoff zu ersetzen.
  • Dabei besteht jedoch entweder das Problem, dass der nicht-metallische Werkstoff für die Gleitlagerschicht nicht die gewünschten Gleitlagereigenschaften bereitstellt oder das Verfahren zum Herstellen eines solchen Gleitlagers zu aufwendig ist.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Gleitlager mit verbesserten Eigenschaften und ein Verfahren zum einfachen Herstellen des Gleitlagers zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Gleitlager nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 7 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Gleitlagers nach Anspruch 9 oder 10 gelöst.
  • Der Lagergrundkörper aus dem metallischen Werkstoff oder die Zwischenschicht aus dem metallischen Werkstoff ist nach Anspruch 1 aus einem austenitischen Stahl oder aus einer Metalllegierung, z.B. CuCrZr, gefertigt. Die Gleitlagerschicht ist aus dem nicht-metallischen Werkstoff, z.b. aus Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt. Ein Gleitlager mit einem solchen Grundkörper bzw. einer solchen Zwischenschicht und einer solchen Gleitlagerschicht verfügt nicht nur über gewünschte Gleitlagereigenschaften, vielmehr kann ein solches Gleitlager auch mit geringem Aufwand hergestellt werden.
  • Vorzugsweise ist der Lagergrundkörper oder die Zwischenschicht aus einer Metalllegierung, nämlich aus einer CuCrZr1-Legierung mit 0,5 Gew.-% bis 1,2 Gew.% Cr, 0,03 Gew.-% bis 0,3 Gew-% Zr und mit Cu im Rest, gefertigt. Dann, wenn der Lagergrundkörper oder die Zwischenschicht aus einem solchen Kupfer-Chrom-Werkstoff gefertigt ist, können vorteilhafte Gleitlagereigenschaften mit hohen Wärmeleitfähigkeiten bereitgestellt werden. Auch lässt sich das Gleitlager besonders einfach und vorteilhaft durch selektives Laserschmelzen bzw. Selective Laser Melting (SLM) mithilfe eines generativen Fertigungsverfahrens herstellen.
  • Vorzugsweise weist der Lagergrundkörper benachbart zur Gleitlagerschicht oder die Zwischenschicht benachbart zur Gleitlagerschicht Konturen, insbesondere Hinterschneidungen, auf, in welche der Werkstoff der Gleitlagerschicht eingreift. Damit kann eine verbesserte formschlüssige Anbindung der Gleitlagerschicht aus dem nichtmetallischen Werkstoff auf der Zwischenschicht oder dem Lagergrundkörper erreicht werden.
  • Nach Anspruch 7 ist dann, wenn die Gleitlagerschicht mittelbar über die Zwischenschicht auf den Lagergrundkörper aufgebracht ist, die Zwischenschicht als SLM-Zwischenschicht ausgebildet, wohingegen dann, wenn die Gleitlagerschicht unmittelbar auf den Lagergrundkörper aufgebracht ist, der Lagergrundkörper als SLM-Bauteil ausgebildet ist.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1: einen schematisierten Ausschnitt aus einem Gleitlager nach dem ersten Aspekt der Erfindung;
    • 2: das Detail II der 1, und
    • 3 das zum Detail II alternative Detail III der 1.
  • Die Erfindung betrifft ein Gleitlager sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers.
  • 1 zeigt stark schematisiert den Aufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gleitlagers 1, wobei das Gleitlager 1 der 1 einen Lagergrundkörper 2 aus einem metallischen Werkstoff, eine auf den Lagergrundkörper 2 aufgebrachte Zwischenschicht 3 aus ebenfalls einem metallischen Werkstoff sowie eine Gleitlagerschicht 4 aus einem nicht-metallischen Werkstoff aufweist, wobei die Gleitlagerschicht 4 aus dem nicht-metallischen Werkstoff auf die Zwischenschicht 3 aufgebracht ist.
  • Bei der auf den Lagergrundkörper 2 aufgebrachten Zwischenschicht 3 handelt es sich um eine Schicht aus einem metallischen Werkstoff, nämlich aus einem austenitischen Stahl oder aus einer Metalllegierung.
  • Bei der Gleitlagerschicht 4 aus dem nichtmetallischen Werkstoff handelt es sich z.B. um eine Gleitlagerschicht aus Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE).
  • Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zwischenschicht 3 als SLM-Zwischenschicht ausgebildet, die über selektives Laserschmelzen und demnach über ein generatives Fertigungsverfahren auf den Lagergrundkörper 2 aufgebracht ist.
  • Dabei stellt die Zwischenschicht 3 benachbart zur Gleitlagerschicht 4 eine Kontur 5 aus vorzugsweise Hinterschneidungen bereit, in welche der Werkstoff der Gleitlagerschicht 4 eingreift, wobei in 2 die Hinterschneidungen von schwalbenschwanzartigen Konturen 5 und in 3 die Hinterschneidungen von kegelartigen Konturen 5 bereitgestellt sind. Es können auch wabenartige, waffelartige, gitterartige oder sonstige Hinterschneidungen bildende Konturen 5 im Bereich der Zwischenschicht 3 benachbart zur Gleitlagerschicht 4 ausgebildet sein.
  • Die Gleitlagerschicht 4, die aus Poly-Ether-Ether-Keton oder aus Polytetrafluorethylen gefertigt ist, ist vorzugsweise durch Aufschmelzen oder Einschmelzen auf die Zwischenschicht 3 aufgebracht, insbesondere mit Hintergreifen der Hinterschneidungen 5.
  • Die Zwischenschicht 3, die aus dem metallischen Werkstoff gefertigt ist, ist vorzugsweise aus einer Metalllegierung, besonders bevorzugt aus einer CuCrZr1 Legierung gefertigt.
  • Die CuCrZr1 Legierung weist vorzugsweise 5 Gew.-% bis 1,2 Gew.-% Cr, 0,03 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Zr und im Rest Cu auf, mit maximal zulässigen Beimengungen an Fe von bis zu 0,08 Gew.-%, maximal zulässigen Beimengungen an Si bis 0,1 Gew.-% und sonstigen Beimengungen bis maximal zulässig 0,2 Gew.-%.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist demnach die Zwischenschicht 3, die auf den Lagergrundkörper 2 aufgebracht ist, als SLM-Zwischenschicht über selektives Laserschmelzen ausgebildet und aus einem metallischen Werkstoff, nämlich aus einem austentitischen Stahl oder aus einer Metallegierung gefertigt. Als Metalllegierung kommt eine CuCrZr1 Legierung und als austenitischer Stahl vorzugsweise eine X5CrNi18-10 Legierung zum Einsatz. In jedem Fall ist die Zwischenschicht 3 durch selektives Laserschmelzen auf den Lagergrundkörper 2 aufgebracht, und zwar unter Ausbildung von Konturen, die ein Aufbringen der Gleitlagerschicht 4 unterstützen, wobei diese Konturen 5 insbesondere Hinterschneidungen ausbilden. Die Gleitlagerschicht 4 aus dem nichtmetallischen Werkstoff besteht aus einem Gleitwerkstoff, vorzugsweise hochtemperaturfestem Kunststoff, z.B. aus Poly-Ether-Ether-Keton oder aus Polytetrafluorethylen und ist auf die Zwischenschicht 3 aufgeschmolzen, insbesondere in die Kontur 5 der Zwischenschicht 3 eingeschmolzen oder eingepresst.
  • Im Unterschied zu dem in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der Lagergrundkörper 2 als solcher durch selektives Laserschmelzen als SLM-Bauteil ausgeführt ist. In diesem Fall ist dann keine separate Zwischenschicht 3 vorhanden, vielmehr ist dann der Gleitlagerwerkstoff der Gleitlagerschicht 4, also das Poly-Ether-Ether-Keton oder das Polytetrafluorethylen, unmittelbar auf den SLM-Lagergrundkörper 2 aufgebracht, wobei der SLM-Lagergrundkörper 2 dann an einer der Gleitlagerschicht 4 zugewandten Oberfläche die Konturen 5 mit insbesondere Hinterschneidungen ausbildet. In diesem Fall ist der Lagergrundkörper aus einer Metalllegierung wie z.B. einer CuCrZr1 Legierung oder aus einem austenitischen Stahl wie z.B. einer X5CrNi18-10 Legierung gefertigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gleitlager
    2
    Lagergrundkörper
    3
    Zwischenschicht
    4
    Gleitlagerschicht
    5
    Kontur

Claims (11)

  1. Gleitlager (1), mit einem Lagergrundkörper (2) aus einem metallischen Werkstoff, und mit einer Gleitlagerschicht (4) aus einem nicht-metallischen Werkstoff, wobei die Gleitlagerschicht (4) entweder unmittelbar oder mittelbar über eine auf den Lagergrundkörper (2) aufgebrachte Zwischenschicht (3) aus einem metallischen Werkstoff auf den Lagergrundkörper (2) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagergrundkörper (2) aus dem metallischen Werkstoff oder die Zwischenschicht (3) aus dem metallischen Werkstoff aus einem austenitischen Stahl oder aus einem Elektrodenmetall gefertigt ist, die Gleitlagerschicht (4) aus dem nicht-metallischen Werkstoff aus Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt ist.
  2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagergrundkörper (2) oder die Zwischenschicht (3) aus einem Elektrodenmetall, nämlich aus einer CuCrZr1-Legierung mit 0,5 Gew.-% bis 1,2 Gew.-% Cr, 0,03 Gew.-% bis 0,3 Gew-% Zr und mit Cu im Rest, gefertigt ist.
  3. Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagergrundkörper (2) benachbart zur Gleitlagerschicht (4) oder die Zwischenschicht (3) zur Gleitlagerschicht (4) Konturen (5), insbesondere Hinterschneidungen, aufweist, in welche der Werkstoff der Gleitlagerschicht (4) eingreift.
  4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen (5), insbesondere die Hinterschneidungen, schwalbenschwanzartig oder wabenartig oder waffelartig oder kegelartig konturiert sind.
  5. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagergrundkörper (2) als SLM-Bauteil ausgebildet ist.
  6. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) als SLM-Zwischenschicht ausgebildet ist.
  7. Gleitlager (1), mit einem Lagergrundkörper (2) aus einem metallischen Werkstoff, und mit einer Gleitlagerschicht (4) aus einem nicht-metallischen Werkstoff, wobei die Gleitlagerschicht (4) entweder unmittelbar oder mittelbar über eine auf den Lagergrundkörper (2) aufgebrachte Zwischenschicht (3) aus einem metallischen Werkstoff auf den Lagergrundkörper (2) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Gleitlagerschicht (4) mittelbar über die Zwischenschicht (3) auf den Lagergrundkörper (2) aufgebracht ist, die Zwischenschicht (3) als SLM-Zwischenschicht ausgebildet ist, und dass dann, wenn die Gleitlagerschicht (4) unmittelbar auf den Lagergrundkörper (2) aufgebracht ist, der Lagergrundkörper (2) als SLM-Bauteil ausgebildet ist.
  8. Gleitlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagergrundkörper (2) aus dem metallischen Werkstoff bereitgestellt wird, die Zwischenschicht (3) aus dem metallischen Werkstoff über selektives Laserschmelzen auf den Lagergrundkörper (2) aufgebracht wird, die Gleitlagerschicht (4) aus dem nicht-metallischen Werkstoff auf die Zwischenschicht (3) durch Aufschmelzen oder Einschmelzen aufgebracht wird.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagergrundkörper (2) über selektives Laserschmelzen hergestellt wird, die Gleitlagerschicht (4) aus dem nicht-metallischen Werkstoff auf den Lagergrundkörper (2) durch Aufschmelzen oder Einschmelzen aufgebracht wird.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Gleitlagers nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagergrundkörper (2) über selektives Laserschmelzen hergestellt wird, die Gleitlagerschicht (4) parallel oder sequentiell zur Herstellung des Lagergrundköpers (2) und der Zwischenschicht durch ein additives Fertigungsverfahren eingebracht wird.
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