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DE102006020795A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Gleitschicht auf einem Bauteil sowie Bauteil - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen einer Gleitschicht auf einem Bauteil sowie Bauteil Download PDF

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DE102006020795A1
DE102006020795A1 DE200610020795 DE102006020795A DE102006020795A1 DE 102006020795 A1 DE102006020795 A1 DE 102006020795A1 DE 200610020795 DE200610020795 DE 200610020795 DE 102006020795 A DE102006020795 A DE 102006020795A DE 102006020795 A1 DE102006020795 A1 DE 102006020795A1
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sliding
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Mahle International GmbH
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Mahle International GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Gleitschicht auf einem Bauteil (10), wobei ein Bandmaterial (40) mit Gleitschichteigenschaften auf dem Bauteil (10) aufgebracht wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bandmaterial (40) aus einem Gleitwerkstoff hergestellt und mittels eines Klebstoffs mit dem Bauteil (10) verbunden wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bauteil (10) mit einer Gleitschicht in Form eines auf dem Bauteil (10) aufgebrachten und mittels eines Klebstoffs mit dem Bauteil (10) verbundenen Bandmaterials (40) aus einem gegossenen metallischen Gleitwerkstoff.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Gleitschicht auf einem Bauteil, wobei ein Bandmaterial mit Gleitschichteigenschaften auf dem Bauteil aufgebracht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein derartiges Bauteil.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren sowie ein gattungsgemäßes Bauteil sind aus der DE 101 32 284 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart ein Verfahren, bei dem aus einer Zubereitung enthaltend eine pulverförmige Matrixlegierung und einen Binder ein Bandmaterial gepresst und unter Wärmeeinwirkung verfestigt und flexibilisiert wird. Das Bandmaterial dient als Verschleißschutz für Bauteil-Oberflächen und wird bspw. durch Löt-, Auftragsschweiß- oder Spritzverfahren auf die zu schützende Oberfläche aufgebracht.
  • Es ist jedoch schwierig, ein derartiges Bandmaterial auf schwer zugänglichen Oberflächen, bspw. Innenmantelflächen von Bohrungen, aufzubringen. Außerdem ist das bekannte Herstellungsverfahren vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiter zu entwickeln, dass es weniger aufwendig und kostenintensiv sowie zur Beschichtung schwer zugänglicher Oberflächen geeignet ist.
  • Die Lösung besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bandmaterial aus einem gegossenen metallischen Gleitwerkstoff hergestellt und mittels eines Klebstoffs mit dem Bauteil verbunden wird. Das erfindungsgemäße Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass es mit einem Bandmaterial versehen ist, das aus einem metallischen Gleitwerkstoff besteht und mittels eines Klebstoffs mit dem Bauteil verbunden ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine wesentliche Vereinfachung bei der Beschichtung insbesondere schwer zugänglicher Oberflächen von Bauteilen dar. Der insbesondere gegossene Gleitwerkstoff kann auf besonders einfache Weise durch an sich bekannte Umformtechniken zu einem Bandmaterial verarbeitet werden. Dieses umgeformte Bandmaterial wird erfindungsgemäß mit einem Klebstoff versehen, wobei die Klebstoffschicht ggf. mit einer Schutzfolie abgedeckt werden kann. Somit kann das Bandmaterial vollständig zur weiteren Verarbeitung, nämlich der Beschichtung insbesondere schwer zugänglicher Oberflächen, vorbereitet und gebrauchsfertig bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße Bauteil kann somit auf einfache und kostengünstige Weise mit einer Gleitfläche versehen werden. Durch die geeignete Wahl des Klebstoffs kann die Klebeverbindung zwischen dem Material des Bauteils und dem Material des Bandes auf einfache Weise optimiert werden. Ferner können die Abmessungen des Bauteils einfacher eingehalten und das Gewicht des Bauteils kann reduziert werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Bandmaterial wird vorzugsweise aus einem gegossenen Aluminium-Gleitwerkstoff (bspw. AlSnCu-Legierung) hergestellt. Insbesondere dieser Werkstoff kann zur Herstellung des Bandmaterials zu einer dünnen Folie verarbeitet werden, bspw. mit einer Dicke von etwa 50μm bis 200µm, insbesondere etwa 100µm.
  • Bevorzugt wird ein temperaturbeständiger Klebstoff verwendet, insbesondere bei der Beschichtung von Bauteilen von Verbrennungsmotoren, die zum Teil erheblichen Temperaturbelastungen ausgesetzt sind. Hierfür ist es von Vorteil, wenn der verwendete Klebstoff bis zu einer Temperatur von mindestens 150°C temperaturbeständig sowie ölbeständig ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter vereinfacht werden, wenn ein wärmehärtbarer Klebstoff verwendet wird. Nach dem Aufbringen des einseitig mit einer Klebstoffschicht versehenen Bandmaterials auf die zu beschichtende Oberfläche kann diese einer Temperaturbehandlung unterzogen werden, um die Klebeverbindung auszuhärten. Dies hat auch den Vorteil, dass der vorab auf das Bandmaterial aufgebrachte und ggf. mit einer Schutzfolie versehene Klebstoff nicht vorzeitig unbrauchbar wird.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die vorliegende Erfindung sind Bauteile für Verbrennungsmotoren, insbesondere Pleuel. Die Innenmantelflächen der Pleuelaugen sind in der Regel mit einer Gleitschicht versehen, die im Stand der Technik nur im Pulver-, Draht- oder Plasmaspritzverfahren oder galvanisch aufgetragen oder in Form von Lagerschalen eingesetzt werden können. Nun kann zumindest die Innenmantelfläche des geteilten großen Pleuelauges, auf Wunsch auch die Innenmantelfläche des kleinen Pleuelauges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise beschichtet werden. Dadurch können die Abmessungen der Gleitlager sowie das Gewicht des Pleuels reduziert und ggf. zusätzliche Bauteile, nämlich die Lagerschalen, eingespart werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
  • 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils in Form eines Pleuels für Verbrennungsmotoren;
  • 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
  • 3a eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes zugeschnittenes Bandmaterial für die Innenmantelfläche eines Pleuelauges;
  • 3b einen Schnitt durch das Bandmaterial gemäß 3a;
  • 4a eine Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes zugeschnittenes Bandmaterial für die Innenmantelfläche eines Pleuelauges;
  • 4b einen Schnitt durch das Bandmaterial gemäß 4a.
  • Die 1 und 2 zeigen einen Pleuel 10 für einen Verbrennungsmotor. Der Pleuel 10 stellt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils dar, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Gleitlagerflächen versehen wurde. Der Pleuel 10 besteht in an sich bekannter Weise bspw. aus Stahl und weist einen Pleuelschaft 11, ein kleines Pleuelauge 20 und ein großes Pleuelauge 30 auf. Der Pleuel 10 verbindet den Kolben eines Verbrennungsmotors mit der Kurbelwelle. Das kleine Pleuelauge 20 nimmt den Kolbenbolzen des Kolbens auf (nicht dargestellt), während das große Pleuelauge 30 einen Kurbelzapfen der Kurbelwelle aufnimmt (nicht dargestellt). Im Ausführungsbeispiel ist die Innenmantelfläche des großen Pleuelauges 30 mit einem Bandmaterial 40 mit Gleitschichteigenschaften versehen. Das Bandmaterial 40 ist mittels einer Klebstoffschicht 41 mit der Innenmantelfläche des großen Pleuelauges 30 verbunden. Das Bandmaterial 40 bildet somit entlang der Innenmantelfläche des großen Pleuelauges eine Gleitfläche.
  • Das Bandmaterial 40 wird im Ausführungsbeispiel aus einem gegossenen Aluminiumwerkstoff wie bspw. AlSnCu-Legierung, MAHLE®ML218 hergestellt. Der Aluminiumwerkstoff wird mit an sich bekannten Umformtechniken, bspw. Rollen bzw. Walzen, zu einer dünnen Folie verarbeitet, deren Dicke bspw. zwischen 50µm und 200µm, im Ausführungsbeispiel etwa 100µm beträgt. Diese Folie wird auf derjenigen Fläche, die später mit dem Bauteil verbunden werden soll, mit der Klebstoffschicht 41 versehen. Geeignete Klebstoffe sind vor allem wärmebeständige und wärmehärtbare Klebstoffe, insbesondere solche auf Epoxy- oder Silikonbasis. Hierzu gehören bspw. die Klebstoffe vom Typ „Loctite Hysol" und „Loctite 4204" der Firma Loctite. Ebenfalls geeignet sind Klebstoffe der Firma Omega vom Typ „Omegabond" wie OB-200, OB-400 und Omegabond 700 sowie Klebstoffe der Firma Sika vom Typ SikaLock wie bspw. SikaLock-1272TL.
  • Die auf das als Folie vorliegende Klebstoffschicht wird mit einer abziehbaren Schutzfolie oder einem abziehbaren Schutzpapier bedeckt. Nun kann aus der so behandelten Folie das Bandmaterial 40 hergestellt werden, bspw. durch Ausstanzen (vgl. 3a, 3b). Das so erhaltene Bandmaterial 40 kann vor dem Verkleben durch Biegen in die gewünschte gekrümmte Form gebracht werden. Dann wird das Schutzpapier bzw. die Schutzfolie abgezogen und das Bandmaterial 40 entlang der Innenmantelfläche des großen Pleuelauges 30 eingelegt und angepresst. Alternativ kann auch direkt auf aus Bandmaterial ausgestanzte und vorgebogene Folienabschnitte oder in die zu beschichtende Grundbohrung der zu verwendende Klebstoffe direkt vor dem Fügen eingebracht werden. Die Stirnflächen des Bandmaterials 40, die dabei einander gegenüber zu liegen kommen, bilden eine enge oder spaltfreie Fuge 42. Mittels einer anschließenden Wärmebehandlung, bspw. in einem Durchlaufofen, wird die Klebstoffschicht 41, ggf. unter definiertem Anpressdruck, ausgehärtet.
  • Gleitflächen in den Pleuellagerstellen sind sehr stark mechanisch beansprucht. Insbesondere kann sich der Kolbenbolzen bei der oszillierenden Bewegung des Kolbens aufgrund der enormen auf den Kolben wirkenden Kräfte verbiegen. Dadurch werden auch die Pleuelaugen 20, 30 stark belastet. Daher wird das mechanische System aus Kolbenbolzen, Pleuel 10 und Kurbelzapfen häufig durch geeignete geometrische Gestaltungsmaßnahmen entlastet, um im Betrieb die Gefahr von Anrissen rund um die Pleuelaugen 20, 30 oder Fressern zu minimieren. Hierfür werden üblicherweise örtliche geometrische Veränderungen in die normalerweise zylindrischen Pleuelaugen 20, 30 eingebracht, welche die mechanische Beanspruchung reduzieren. Diese örtliche geometrische Abweichung kann als mindestens eine Entlastungstasche und/oder Ovalität (bspw. als Hoch- oder Querovalität) und/oder als Formbohrung mit einer definierten, von der Zylinderform abweichenden Innenkontur ausgebildet sein, wie sie bspw. in der WO 96/07841 A1 für Nabenbohrungen an Kolben offenbart ist.
  • Die vorliegende Erfindung gestattet es, diese örtlichen geometrischen Abweichungen auf zwei verschiedenen Wegen zu erreichen. Die erste Alternative besteht darin, in zylinderförmig ausgestaltete Pleuelaugen 20, 30 ein Bandmaterial 40 einzubringen, dessen Oberflächenkontur bzw. Wandstärke so gestaltet ist, dass sich die gewünschte, von der Zylinderform abweichende Innenkontur des jeweiligen Pleuelauges 20 bzw. 30 ergibt. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die gewünschte Oberflächenkontur beim Herstellen der Folie aus dem gegossenen metallischen Gleitwerkstoff oder beim Ausstanzen des Bandmaterials 40 aus der Folie in die Oberfläche eingeprägt oder eingeformt wird. In vergleichbarer Weise kann auch eine Ovalität durch die Oberflächenkontur des Bandmaterials 40 gebildet sein. Die zweite Alternative besteht darin, die Pleuelaugen 20, 30 als Formbohrungen mit der gewünschten Oberflächenkontur auszubilden und mit einem Bandmaterial 40 mit konstanter Wandstärke zu versehen.
  • Die Dicke des Bandmaterials 40 ist vorteilhafterweise so bemessen, dass das diametrale Spiel des Kolbenbolzens bzw. Kurbelzapfens ohne Nacharbeit im Bereich der angestrebten Toleranzen liegt, damit z. B. Geräuschentwicklung oder auch das Verschleißverhalten nicht negativ beeinträchtigt werden. Das Bandmaterial 40 gewährleistet als Lagermaterial außerdem, dass trotz dem engen Spiel keine Fresser auftreten.
  • 4a, 4b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bandmaterials 45, in dem Ölsammelräume 46 vorgesehen sind, um die Schmierung der Lagerung des Kurbelzapfens im großen Pleuelauge 30 bzw. des Kolbens im kleinen Pleuelauge 20 weiter zu verbessern. Der mindestens eine Ölsammelraum 46 kann als in Richtung der Längsachse verlaufender Kanal, als radial zur Richtung der Längsachse ganz oder teilweise umlaufender Kanal und/oder als beliebig geformte Ausnehmung (bspw. Bohrung, Kalotte etc.) ausgebildet sein, wie es in 4a beispielhaft dargestellt ist. Die Ölsammelräume 46 können auch in Form eines sich in Richtung der Längsachse des Pleuelauges 20 bzw. 30 erstreckenden Kanals ausgebildet sein, von dem aus sich Taschen radial erstrecken. Die Ölsammelräume 46 können selbstverständlich für jede gewünschte Anwendung in beliebiger Form und Größe ausgebildet und beliebig zueinander angeordnet sein.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Aufbringen einer Gleitschicht auf einem Bauteil (10), dadurch gekennzeichnet, dass als Gleitschicht ein Bandmaterial (40) eingesetzt wird und das Bandmaterial (40) aus einem metallischen Gleitwerkstoff hergestellt und mittels eines Klebstoffs mit dem Bauteil (10) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (40) aus einem gegossenen Aluminium-Gleitwerkstoff hergestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitwerkstoff zur Herstellung des Bandmaterials (40) zu einer dünnen Folie verarbeitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie mit einer Dicke von 50µm bis 200µm hergestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturbeständiger und ölbeständiger Klebstoff verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff verwendet wird, der bis zu einer Temperatur von mindestens 150°C dauerhaft temperaturbeständig ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmehärtbarer Klebstoff verwendet wird.
  8. Bauteil (10) mit einer Gleitschicht in Form eines auf dem Bauteil (10) aufgebrachten Bandmaterials (40) mit Gleitschichteigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (40) aus einem Gleitwerkstoff besteht und mittels eines Klebstoffs mit dem Bauteil (10) verbunden ist.
  9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (40) aus einem gegossenen Aluminium-Gleitwerkstoff besteht.
  10. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (40) eine dünne Folie ist.
  11. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Dicke von 50µm bis 200µm aufweist.
  12. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial (40) mittels eines temperaturbeständigen und ölbeständigen Klebstoffs mit dem Bauteil (10) verbunden ist.
  13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff bis zu einer Temperatur von mindestens 150°C dauerhaft temperaturbeständig ist.
  14. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff wärmehärtbar ist.
  15. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 14, nämlich ein Pleuel (10) für einen Verbrennungsmotor.
  16. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenmantelfläche des großen Pleuelauges (30) mit dem Bandmaterial (40) versehen ist.
  17. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial lokal unterschiedliche Wandstärken zur Anpassung an die Belastung und/oder Verbesserung der Schmierung des Pleuellagers aufweist.
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