DE102013109025A1

DE102013109025A1 - Gleitfläche

Info

Publication number: DE102013109025A1
Application number: DE102013109025.7A
Authority: DE
Inventors: Leo Schreiber; Jürgen Reingen; Matthias Weber; Wolfgang Hafner; Emanuel Groß; Andreas Grützmacher
Original assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2015-02-26
Also published as: EP3036448A2; WO2015025004A3; US20160273576A1; CN105451921A; MX2016001496A; KR20160046805A; JP2016532835A; US9926968B2; WO2015025004A2

Abstract

Zur Reibungsverminderung in einem Gleitlager (1) ist es bekannt, die Gleitfläche (1) mittels ECM zu strukturieren durch Einbringen einer Vielzahl mikroskopisch kleiner Vertiefungen (27). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, insbesondere im gleichen Arbeitsschritt, auch die Zwischenräume (6) zwischen den Vertiefungen (27) zu glätten, also die Spitzen des Oberflächenprofils abzutragen.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Gleitfläche einer Gleitpaarung, insbesondere die Gleitlager-Fläche eines Radial-Lagers, insbesondere die Lagerstellen einer Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor, einerseits gegenüber dem Motorblock und andererseits gegenüber den Pleueln.
II. Technischer Hintergrund
Bei den Gleitflächen einer geschmierten Gleitpaarung ist es sowohl für die Größe der Gleitreibung als auch für die Lebensdauer der Gleitpaarung, insbesondere des Gleitlagers, essenziell, dass in möglichst allen Betriebszuständen ausreichend viel Schmiermittel und in möglichst gleichmäßiger Verteilung zwischen den Kontaktflächen der Gleitpaarung vorhanden ist. Kritisch ist dabei vor allem der Beginn der Relativbewegung zwischen den beiden Gleitflächen.
Mit dem zunehmenden Einsatz von Start-Stop-Systemen in Kraftfahrzeugen nimmt diese Bedeutung insbesondere bei den Lagerstellen einer Kurbelwelle massiv zu, denn dadurch wird die Anzahl der Anlauf-Vorgänge der Gleitlager um den Faktor 100 oder mehr erhöht.
Aus diesem Grund werden die Kontaktflächen von Gleitflächen, insbesondere von Gleitlagern, so bearbeitet, dass sie mikroskopisch kleine Vertiefungen aufweisen, die als Reservoir für Schmiermittel dienen. Diese Vertiefungen sind aufgrund der normalen Rauheit des Materials der Gleitfläche vorhanden, oder werden gezielt eingebracht. Aufgrund dessen beträgt der Traganteil eines Gleitlagers, also der Flächenanteil, mit dem die Kontaktflächen tatsächlich aneinander Anliegen, immer deutlich unter 100 %, teilweise sogar unter 60 %.
Die entsprechende Strukturierung der Gleitflächen wird durch spezielle Bearbeitungsschritte wie Schleifen, Finishen oder Honen erreicht, wobei jedoch die konkrete Anordnung der Vertiefungen nicht vorgegeben werden kann, und auch die Streuung hinsichtlich der Größe, insbesondere der Tiefe, dieser Vertiefungen relativ groß ist. Vor allem hängt das Ergebnis der Strukturierung auch stark von der Erfahrung der ausführenden Person ab.
Um eine hinsichtlich Anzahl, Größe, Tiefe und Verteilung der Vertiefungen definierte Strukturierung der Kontaktfläche eines Gleitlagers zu erzielen, ist es ebenfalls bereits bekannt, diese Oberfläche mittels Laser zu beschießen und dadurch die gewünschten Vertiefungen zu erzielen.
Diese Vorgehensweise ist jedoch zeitaufwändig ist bei einer großen Anzahl von Vertiefungen, und der Laserstrahl erzeugt eine die Vertiefung ringförmig umgebende, unerwünschte Aufwerfung, und die Laser-Bearbeitung führt zu nicht erwünschten neuen Härte-Zonen.
Ferner ist das Bearbeitungsverfahren des elektrochemischen Abtragens (ECM) bekannt, welches auch gepulst angewandt wird (PECM).
Hiermit werden dreidimensionale Oberflächen erzeugt, beispielsweise die beschriebenen Vertiefungen in Oberflächen eingebracht, wobei in aller Regel nur ein Abtrag von maximal 30 µm mit diesem Verfahren wirtschaftlich sinnvoll ist.
Durch die Annäherung einer entsprechend negativ gestalteten Elektrode an die zu bearbeitende, als andere Elektrode dienende, Oberfläche des Werkstückes wird aus dieser Oberfläche Material in Form von Ionen abgetragen.
Für die Stromleitung und den Abtransport der gelösten Stoffe wird während des gesamten Prozesses eine stromleitende Flüssigkeit durch den Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück hindurchgepresst.
Bei Kurbelwellen als Werkstücken, insbesondere bei Kurbelwellen für Pkw-Motoren mit hohen Zylinderzahlen, kommt hinzu, dass diese während der Bearbeitung instabile und damit schwer positionierbare und auch bei der Strukturierung schwierig bearbeitbare Werkstücke darstellen.
Die Beurteilung der Maßhaltigkeit einer fertigen Kurbelwelle erfolgt primär – neben der axialen Lagerbreite – durch die Beurteilung folgender Parameter:

– Durchmesserabweichung = maximale Abweichung vom vorgegebenen Solldurchmesser des Lagerzapfens,
– Rundheit = makroskopische Abweichung von der kreisrunden Sollkontur des Lagerzapfens, angegeben durch den Abstand des äußeren und inneren Hüllkreises,
– Rundlauf = radiale Maßabweichung bei sich drehendem Werkstück, verursacht durch eine Exzentrizität der drehenden Lagerstelle und/oder eine Formabweichung der Lagerstelle von der idealen Kreisform,
– Rauheit in Form der gemittelten Einzelrautiefe Rz = die mikroskopische Rauheit der Oberfläche der Lagerstelle repräsentierender Wert in Form der Summe aus der Höhe der höchsten Profilspitze und der Tiefe des tiefsten Profiltals, gemittelt über fünf Einzelmessstrecken,
– Rauheit in Form des arithmetischen Mittelrauwertes Ra = arithmetisches Mittel der Beträge des Koordinatenwertes des Rauheitprofils innerhalb einer Einzelmessstrecke,
– Rauheit in Form der reduzierten Spitzenhöhe Rpk = Höhe des mit den Kuppenflächen flächengleichen Dreiecks mit einer bestimmten Basislänge bei einer S-förmigen Abott-kurve; dieser Wert ermöglicht die Beurteilung des Spitzenbereichs eines Oberflächenprofils
– Traganteil = der tragende Flächenanteil der mikroskopisch betrachteten Oberflächenstruktur, der zu einer anliegenden Gegenfläche in Kontakt steht, und zusätzlich bei den Hublagerstellen:
– Hubabweichung = maßliche Abweichung des Ist-Hubes (Abstand der Ist-Mitte des Hublagerzapfens von der Ist-Mitte der Mittellager), vom Sollhub und
– Winkelabweichung = in Grad oder als auf den Hub bezogenes Längenmaß in Umfangsrichtung angegebene Abweichung der Ist-Winkellage des Hublagerzapfens von seiner Soll-Winkellage relativ zur Mittellagerachse und bezüglich der Winkelstellung zu den übrigen Hublagerzapfen.

Dabei wird die Einhaltung der gewünschten Toleranzen bei diesen Parametern sowohl durch die zur Verfügung stehenden Bearbeitungsverfahren als auch die Instabilität des Werkstückes und die Bearbeitungskräfte begrenzt.
Auch die Effizienz und Wirtschaftlichkeit eines Bearbeitungs-Verfahrens spielt in der Praxis eine große Rolle, vor allem für die Serienfertigung, in der Taktzeit und damit Herstellkosten eine entscheidende Rolle spielen, während Bearbeitungen im Einzelversuch oder für Prototypen diesen Beschränkungen nicht unterliegen.
Dies gilt besonders für die letzten Verfahrensschritte bei einem Werkstück, zum Beispiel einer Kurbelwelle, der Feinbearbeitung und Oberflächenstrukturierung, insbesondere der Lagerstellen.
In diesem Zusammenhang ist es prinzipiell bekannt, das ECM-Verfahren zur Erzielung einer bestimmten, geringen Rauheit zu benutzen, wie es beispielsweise in der DE 10 2008 011 893 und der DE 10 2004 027 89 beschrieben ist.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine strukturierte Gleitfläche sowie ein Verfahren und ein Werkzeug zu seiner Herstellung vorzuschlagen, welches eine effiziente Herstellung ermöglicht trotz signifikanter Herabsetzung der Reibung, insbesondere in einem hydrodynamischen Gleitlager.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hinsichtlich der Gleitfläche wird die Aufgabe gelöst, indem im strukturierten Bereich in den gesamten Zwischenräumen zwischen den Vertiefungen die Rauheit Rz reduziert ist gegenüber der Rauheit Rz in den nicht strukturierten Bereichen der Gleitfläche.
Dadurch wird das Tragverhalten in den Zwischenräumen zwischen den Vertiefungen verbessert und die Reibung vermindert, und zwar in einem stärkeren Maß als nur allein durch das Einbringen der Vertiefungen im strukturierten Bereich.
Die Flächen zwischen den Vertiefungen im strukturierten Bereich sollten hierfür eine Rauheit R_a von max. 0,2 µm und/oder eine Rauheit R_pk von max. 0,16 µm aufweisen.
Die Rauheit Rz im Bereich zwischen den Vertiefungen des strukturierten Bereiches sollte um mindestens 10 %, besser um mindestens 20 %, besser um mindestens 30 % geringer sein, als im nicht strukturierten Bereich.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass in absoluten Werten angegeben die Rauheit Rz im Bereich zwischen den Vertiefungen des strukturierten Bereiches geringer ist als die Tiefe der dortigen Vertiefungen, und zwar insbesondere geringer als 5 µm, besser geringer als 4 µm, besser geringer als 2 µm.
Der Traganteil im Bereich zwischen den Vertiefungen des strukturierten Bereiches sollte vorzugsweise mindestens 50 %, besser mindestens 75 % betragen.
Die Rauheit Rz sollte zwischen den Vertiefungen mit zunehmendem Abstand von den Vertiefungen entweder zunehmen oder abnehmen, abhängig vom Abstand zwischen zwei benachbarten Vertiefungen:
Falls der Abstand zwischen zwei benachbarten Vertiefungen mehr als doppelt so groß ist als die seitliche Erstreckung des elektrischen Streufeldes einer der Erhebungen des Werkzeuges über den Rand dieser Erhebung hinaus oder dieser Abstand größer ist als die größte Erstreckung der in der Aufsicht betrachteten Vertiefungen, sollte die Rauheit Rz zwischen den Vertiefungen mit zunehmendem Abstand von den Vertiefungen zunehmen. Die geringe Rauheit im Umgebungs Bereich der Vertiefungen ist dann ausreichend, um die gewünschte Verringerung der Reibung zu bewirken.
Falls keine der beiden genannten Bedingungen vorliegt, sollte die Rauheit Rz wischen den Vertiefungen mit zunehmendem Abstand von den Vertiefungen abnehmen. Wegen des geringen Abstandes ist in diesem Fall im gesamten Zwischenraum zwischen den Vertiefungen die geforderte geringe Rauheit für das minimieren der Gleitreibung notwendig.
Vorzugsweise sollten im strukturierten Bereich zwischen den Vertiefungen die durch die Reduzierung der Rauheit Rz abgetragenen Spitzen des mikroskopischen Oberflächenprofiles jeweils eine konvex gekrümmte Fläche ergeben, vorzugsweise eine halbkugelförmige Rundung ergeben, so dass kein ebenes Plateau der abgetragenen Spitze mehr vorhanden ist. Dadurch wird die Gleitreibung ebenfalls gering gehalten.
Hinsichtlich des für das elektrochemische Abtragen beim Strukturieren benutzte Werkzeug wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Erhebungen auf der Wirkfläche des Werkzeuges eine mindestens um den Faktor 2, besser mindestens um den Faktor 3, besser mindestens um den Faktor 5, größere Höhe besitzen als die Tiefe der damit herzustellenden Vertiefungen.
Die Oberfläche des Werkzeuges sollte im Bereich zwischen den Erhebungen eine Rauheit Ra aufweisen, die maximal 200 %, besser nur maximal 50 %, besser nur maximal 20 % der Rauheit Ra der herzustellenden Oberfläche an der entsprechenden Stelle beträgt. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass im Bereich zwischen den Erhebungen der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück wesentlich größer ist als im Bereich der Erhebungen selbst, und mit zunehmendem Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück die Abbildungsgenauigkeit der Struktur des Werkzeuges auf das Werkstück abnimmt.
Durch eine Aufwölbung am Werkzeug jeweils genau zwischen den Erhebungen kann das in diesem Bereich eventuell nicht mehr wirksame Streufeld der Erhebungen des Werkzeug ist kompensiert werden, und eine über den gesamten Zwischenraum zwischen den Erhebungen etwa gleichmäßige Verringerung der Rauheit Rz erreicht werden.
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass im strukturierten Bereich auch in den Oberflächenbereichen zwischen den Vertiefungen ein die Rauheit reduzierender Materialabtrag durchgeführt wird, und zwar mit dem gleichen Verfahren und insbesondere in dem gleichen Arbeitsschritt wie das Einbringen der Vertiefungen.
Dabei wird das Strukturieren und Einbringen der Vertiefungen vorzugsweise mittels elektro-chemischen Abtragens, insbesondere pulsierendem elektrochemischen Abtragens, durchgeführt.
Das Ziel des Verfahrens besteht darin, dass im strukturierten Bereich im gesamten Zwischenbereich zwischen den Vertiefungen ein Materialabtrag der Oberfläche erfolgt und insbesondere die Rauheit Rz um mindestens 10 %, besser um mindestens 20 %, besser um mindestens 30 % geringer ist als im nicht strukturierten Bereich.
Zu diesem Zweck werden die Herstellparameter entsprechend gewählt, also

– die Höhe der Erhebungen des Werkzeuges relativ zur Tiefe der herzustellenden Vertiefungen und/oder
– der Abstand zwischen den Vertiefungen und/oder
– der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung.

Bei einer rotationssymmetrischen Gleitlagerfläche wird das Strukturieren durch Einbringen von Vertiefungen und Materialabtrag zwischen den Vertiefungen unmittelbar nach dem Schleifen durchgeführt, sodass der Schritt des Finishens im strukturierten Bereich vollständig eingespart werden kann.
Da eine Strukturierung ohnehin nur dort durchgeführt wird, wo überhaupt eine nennenswerte Belastung der rotationssymmetrischen Gleitlagerfläche auftritt, liegt in den nicht strukturierten Bereichen ohnehin so gut wie keine Belastung vor, sodass dort auch nicht gefinisht werden muss. Damit wird das Finishen insgesamt als Arbeitsschritt eingespart.
Das Strukturieren durch Einbringen von Vertiefungen sowie der Materialabtrag zwischen den Vertiefungen soll also insbesondere der letzte materialabtragende Bearbeitungsschritt vor dem Einsatz der Gleitlager-Fläche sein.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1a: eine Aufsicht auf einen strukturierten Bereich einer Gleitfläche,
1b: die vergrößerte Darstellung einer Lagerstelle einer Kurbelwelle,
2: Schnitt durch Vertiefungen in der Gleitfläche,
3: eine vergrößerte Ansicht des Werkzeuges im Einsatz an der Gleitfläche.
Die Reibung in einem hydrodynamischen Gleitlager, in dem sich zwischen den beiden Gleitflächen der Gleitpaarung ein Gleitmittel, meist Öl, befindet, welches durch die Relativbewegung der Gleitflächen zueinander über die Gleitfläche verteilt wird und einen Gleitfilm im Lagerspalt bildet, kann Reibung reduziert werden, wenn in die Gleitfläche 1 verteilt viele mikroskopisch kleine, in diesem Fall in der Aufsicht betrachtet runde, Vertiefungen 27 eingebracht sind, wie in 1a in der Aufsicht auf eine Gleitfläche 1 dargestellt. Abhängig vom verwendeten Gleitmittel, dem Material und Oberflächenbeschaffenheit der Gleitfläche sowie einer Vielzahl weiterer Parameter kann dieser Effekt durch eine optimierte Form, Größe, Tiefe, Abstand und weitere Parameter der Vertiefungen 27 verstärkt werden.
1b zeigt als typischen Anwendungsfall einer solchen strukturierten Gleitfläche 1 eine Lagerstelle einer Kurbelwelle 2, bei der üblicherweise Vertiefungen 27 nur in einem strukturierten Bereich 11 eingebracht werden, nämlich einem Umfangsbereich 11a und meist auch nur einem bestimmtem Breitenbereich 11b der Gesamtbreite 12 der Lagerstelle 1.
Um solche im µ-Bereich liegenden Vertiefungen 27 mit einer definierten Form, Größe, Tiefe und Abstand zueinander reproduzierbar und wirtschaftlich in großer Zahl herstellen zu können, wird das Electro-Chemical-Manufacturing (ECM) eingesetzt:
Wie in 3 dargestellt, wird dabei eine Elektrode, die meist die Negativform der herzustellenden Gleitfläche 1 darstellt, also auf ihrer Wirkfläche Erhebungen 26 besitzt, in sehr engen Abstand von wenigen µm zur zu bearbeitenden Gleitfläche 1 gebracht. Durch den vom Werkzeug 25 zum Werkstück 2 über eine elektrisch leitende Flüssigkeit 4, das Elektrolyt, im Arbeitsspalt 3 dazwischen fließenden elektrischen Strom werden Metallionen aus der Oberfläche des Werkstückes herausgelöst und die Erhebungen 26 des Werkzeuges 25 bilden sich als Vertiefungen 27 auf der Oberfläche 1 des Werkstückes 2 ab.
Der Flächenanteil der Vertiefungen innerhalb des strukturierten Bereiches sollte dabei im Bereich von 15 % bis 40 % liegen.
Der Flächenanteil der Zwischenräume 5 zwischen den Vertiefungen 27 im strukturierten Bereich ist also deutlich größer als der Flächenanteil der Vertiefungen 27.
Die reibungsmindernde Wirkung der Vertiefungen 27 rührt von der Depot-Wirkung für das Gleitmittel, indem wegen der Vielzahl von Vertiefungen 27, die einen geringen absoluten Abstand zueinander besitzen, vor allem bei Beginn der Relativbewegung im Gleitlager das Gleitmittel aus der Vertiefung 27 herausgezogen und in den Zwischenräumen 5 zwischen den Vertiefungen 27 im Lagerspalt verteilt wird. Wie in 2 dargestellt, ist zumindest die Flanke 9 der Vertiefung, über die das Gleitmittel im Betrieb des Gleitlagers herausgezogen wird, schräg ausgebildet. In der Regel sind – vor allem bei runden Vertiefungen 27 – jedoch alle Flanken 9 gleich gestaltet und weisen eine Rundung 8 am Übergang zu den Zwischenräumen 5 auf.
Da die Zwischenräume 5 zwischen den Vertiefungen 27 jedoch nach wie vor primär mechanisch die Last des Gleitlagers tragen, kommt es für die Belastbarkeit des Lagers sowie andere Eigenschaften auf die mikroskopische Gestaltung der Oberfläche in den Zwischenräumen 5 an, insbesondere auf deren Rauheit und Traganteil, wie in 2 in dem vergrößerten Ausschnitt dargestellt.
Dies wurde bisher durch eine entsprechende mechanische Bearbeitung mittels Schleifen und Finishen bewirkt, bis die gewünschte Rauheit und vor allem ein ausreichender Traganteil vorhanden waren, und danach die Vertiefungen 27 in die Oberfläche eingebracht.
Erfindungsgemäß wird das Einbringen der Vertiefungen 27 mittels ECM dazu benutzt, dabei, insbesondere gleichzeitig, auch die Rauheit Rz in den Zwischenräumen 5 zwischen den Vertiefungen 27 zu reduzieren.
3 zeigt eine Möglichkeit, wie dies durch entsprechende Gestaltung des Werkzeuges 25 für das elektrochemische Abtragen erreicht werden kann:
Zu diesem Zweck haben die auf der Wirkfläche 24 des Werkzeuges 25 ausgebildeten Erhebungen 26, die sich als Vertiefungen 27 in der Oberfläche des Werkstückes 2 abbilden sollen, eine wesentlich größere Höhe h als die Tiefe t der damit herzustellenden Vertiefungen 27.
Dies bewirkt, dass auch bei maximaler Annäherung der Erhebungen 26 an die Oberfläche des Werkstückes 2 – und wenn sich darin die Vertiefungen 27 bereits teilweise ausgebildet haben, auch in die Vertiefungen 27 hinein – wie in der linken Bildhälfte der 3 dargestellt, zwischen den Erhebungen 26 ein deutlich größerer Abstand 3 zwischen Werkzeug 25 und Werkstück 2 verbleibt als im Bereich der Erhebungen 26.
Da die Abtragwirkung des elektrochemischen Abtragens unter anderem von der Größe dieses Abstandes 3 abhängt, ist die Abtragwirkung durch den in den Zwischenräumen 5 zwischen den Erhebungen 26 fließenden Strom vom Werkzeug 25 zum Werkstück 2 zwar geringer als im Bereich der Erhebungen 26, aber dennoch vorhanden.
Durch gezielte Wahl des Abstandes 3 bei der maximalen Annäherung von Werkzeug 25 und Werkstück 2 – häufig wird beim elektrochemischen Abtragen eine oszillierende Annäherung von Werkzeug und Werkstück benutzt, gekoppelt mit einer synchronen pulsierenden Strombeaufschlagung – kann die Größe des Materialabtrages in den Zwischenräumen 5 festgelegt werden.
Der Materialabtrag in diesem Bereich kann dabei so eingestellt werden, dass von dem mikroskopischen Oberflächenprofil der Oberfläche des Werkstückes 2 lediglich die Spitzen abgetragen werden, also insbesondere die abgetragenen Spitzen eine konvexe, insbesondere halb kugelförmige, Kontur bilden also gemäß der vergrößerten Darstellung in 2 der Traganteil vergrößert wird und die Rauheit Rz und/oder Ra reduziert wird.
In diesem Zusammenhang sind weitere Faktoren zu berücksichtigen:
Zum Einen erfolgt der Stromfluss zwischen Werkzeug 25 und Werkstück 2 nicht nur genau senkrecht zur makroskopischen Kontaktebene zwischen den beiden Teilen, sondern von den Ecken der Erhebungen 26 aus fließt der Strom auch gerichtet lotrecht zur Oberfläche des Werkzeuges 25, beispielsweise deren Erhebungen 26, in Form meines sogenannten Streufeldes 29, ab und erreicht die Oberfläche des Werkstückes 2 somit auch noch in den Randbereichen 6 der Zwischenräume 5, wie in 2 in der rechten Bildhälfte dargestellt. Da die Abstände 21 zwischen den Vertiefungen 27 – wie in 1a dargestellt, jedoch in der Regel ein mehrfaches des Durchmessers der Vertiefungen 27 betragen, wird dadurch nicht die gesamte Fläche der Zwischenräume 5 bearbeitet.
Gleichzeitig findet ein Stromfluss von den ebenen Bereichen der Wirkfläche 24 des Werkzeuges, also dem Bereich zwischen den Erhebungen 26, in Richtung der Zwischenräume 5 auf die Oberfläche des Werkstückes 2 statt, und überlagert sich in den Randbereichen 6 der Zwischenräume 5 mit dem Streufeld 29 aus den Erhebungen 26.
Falls hierdurch in diesen Randbereichen 6 ein zu starker Materialabtrag erfolgt, kann dem durch spezifische Gestaltung der Wirkfläche 24 des Werkzeuges 25 im Bereich zwischen den Erhebungen 26 Sorge getragen werden, beispielsweise indem diese Wirkfläche 24 im Randbereich 6 um die Erhebungen 26 herum abgesenkt ist und im mittleren Bereich dazwischen wieder eine Aufwölbung 7 aufweist.
Ferner muss berücksichtigt werden, dass sich die mikroskopische Struktur der Oberfläche des Werkzeuges 25 auch im Bereich zwischen den Erhebungen 26 – wenn auch auf Grund des grösseren Abstandes mit etwas verringerter Abbildungs-Genauigkeit – auf der Oberfläche des Werkstückes 2 abbildet.
Deshalb muss darauf geachtet werden, dass auch die mikroskopische Struktur der Oberfläche des Werkzeuges 25 unter Berücksichtigung der gegebenen Abbildungs-Genauigkeit vorgegebenen Parametern hinsichtlich Rauheit und Traganteil entspricht, und zwar vor allem im Bereich zwischen den Erhebungen 26, wie in 3 dargestellt:
Denn eine zu starke Rauheit in diesen Bereichen der Wirkfläche 24 des Werkzeuges 25 würde dort, wo von einem ausreichenden Traganteil und einer geforderten maximalen Rauheit die Traglast des Gleitlagers abhängt, nämlich in den Zwischenräumen 5 der Oberfläche des Werkstückes 2, mittels des elektrochemischen Abtragens gerade eine Oberflächenstruktur mit zu geringem Traganteil und zu hoher Rauheit erzeugen.
Bezugszeichenliste

1: Lagerstelle, Gleitfläche
2: Kurbelwelle, Werkstück
3: Abstand, Arbeitsspalt
4: Fluid, Elektrolyt
5: Zwischenraum
6: Randbereich
7: auf Wölbung
8: Rundung
9: Flanke
10: axiale Richtung, Drehachse
11: strukturierter Bereich
11a: Umfangsbereich
11b: Breitenbereich
12: Gesamtbreite
24: Wirkfläche
25: Werkzeug, Elektrode
26: Erhebung
27: Vertiefung
28: Bewegungsrichtung, Drehrichtung
29: Streufeld
t: Tiefe
h: Höhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008011893 [0017]
DE 10200402789 [0017]

Claims

Gleitfläche (1), insbesondere Gleitlager-Fläche, insbesondere rotationssymmetrische Gleitlager-Fläche, zum gleitenden Bewegen entlang einer Gegenfläche, wobei die Oberfläche der Gleitfläche (1) durch mikroskopische Vertiefungen (27) strukturiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im strukturierten Bereich (11) in den gesamten Zwischenräumen (5) zwischen den Vertiefungen (27) die Rauheit Rz reduziert ist gegenüber den nicht strukturierten Bereichen.
Gleitfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im strukturierten Bereich (11) die Zwischenräume (5) zwischen den Vertiefungen (27) eine Rauheit R_a von maximal 0,2 µm und/oder eine Rauheit R_pk von maximal 0,16 µm aufweisen.
Gleitfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenräumen (5) zwischen den Vertiefungen (27) des strukturierten Bereiches (11) die Rauheit Rz um mindestens 10 %, besser um mindestens 20 %, besser um mindestens 30 % geringer ist als im nicht strukturierten Bereich.
Gleitfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen den Vertiefungen (27) die Oberfläche eine Rauheit Rz aufweist, die geringer ist als die Tiefe (t) der Vertiefungen (27), insbesondere von unter 5 µm, besser von unter 4 µm, besser von unter 2 µm, und/oder einen Traganteil von mindestens 50 %, besser mindestens 75 %.
Gleitfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit Rz im Bereich zwischen den Vertiefungen (27) mit zunehmendem Abstand von den Vertiefungen (27) zunimmt, falls der Abstand (21) zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (27) – entweder mehr als doppelt so groß ist als die seitliche Erstreckung des elektrischen Streufeldes (29) einer der Erhebungen (26) über den Rand der Erhebung (26) hinaus – oder größer als die größte Erstreckung (E) der in der Aufsicht betrachteten Vertiefung (27), ansonsten umgekehrt die Rauheit Rz mit zunehmendem Abstand von den Vertiefungen (27) abnimmt.
Gleitfläche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im strukturierten Bereich im Zuge der Reduzierung der Rauheit Rz abgetragenen Spitzen des mikroskopischen Oberflächenprofiles jeweils so stark gerundet sind, dass die abgetragenen Spitzen kein Plateau mehr darstellen, sondern eine konvex gekrümmte Fläche, insbesondere halbkugelförmige Rundung.
Werkzeug (25) zum Bearbeiten von konvex gekrümmten Gleitflächen (1), insbesondere rotationssymmetrischen Lagerstellen, insbesondere an einer Kurbelwelle (2), mittels elektro-chemischem Abtragen (ECM), dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (26) auf der Wirkfläche (24) des Werkzeuges (25) eine mindestens um den Faktor zwei, besser mindestens um den Faktor drei, besser mindestens um den Faktor fünf, größere Höhe (h) besitzen als die Tiefe (t) der damit herzustellenden Vertiefungen (27).
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (25) im Bereich zwischen den Erhebungen (26) eine Rauheit Ra aufweist, die maximal 200 %, besser nur maximal 50 %, besser nur maximal 20 % der Rauheit Ra der herzustellenden Oberfläche an der entsprechenden Stelle beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (25) im Bereich zwischen den Erhebungen (26) eine Aufwölbung (7) aufweist.
Verfahren zum wenigstens bereichsweisen Strukturieren einer Gleitfläche (1) durch Einbringen von Vertiefungen (27) in deren Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass im strukturierten Bereich (11) auch in den Zwischenräumen (5) zwischen den Vertiefungen (27) ein die Rauheit Rz reduzierender Materialabtrag durchgeführt wird mit dem gleichen Verfahren und insbesondere in dem gleichen Arbeitsschritt wie das Einbringen der Vertiefungen (27).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren mittels elektrochemischem Abtragen erfolgt, insbesondere einem elektrochemischem Abtragen erfolgt, bei dem der Abstand zwischen Werkzeug (25) und Werkstück (2) und/oder die Beaufschlagung mit elektrischem Strom pulsieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Erhebungen (26) des Werkzeuges (25) relativ zur Tiefe (t) der herzustellenden Vertiefungen (27) am Werkstück (25) und/oder der Abstand (21) zwischen den Vertiefungen (27) und/oder der Abstand (3) zwischen Werkzeug (25) und Werkstück (2) während der Bearbeitung, so gewählt werden, dass im strukturierten Bereich (11) im gesamten Zwischenraum (5) zwischen den Vertiefungen (27) der Oberfläche ein Materialabtrag erfolgt und insbesondere die Rauheit Rz um mindestens 10 %, besser mindestens 20 %, besser mindestens 30 % geringer ist als im nicht strukturierten Bereich.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer rotationssymmetrischen Gleitlager-Fläche das Strukturieren durch Einbringen von Vertiefungen (27) und Materialabtrag im strukturiertem Bereich zwischen den Vertiefungen (27) unmittelbar nach dem Schleifen durchgeführt wird, und dies insbesondere der letzte materialabtragende Bearbeitungsschritt vor dem Einsatz der Gleitlager-Fläche ist.