Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerelement aus einem porösen Material. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lageranordnung mit einem derartigen Lagerelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lagerelementes.

Lagerelemente, wie beispielsweise Lagerbuchsen zur Führung von Ventilen bei Verbrennungsmotoren, sind hinlänglich bekannt und weisen oftmals ein mit Öl getränktes poröses Material auf. Das Öl soll dabei dazu dienen, die Schmierung der Reibpartner zu gewährleisten. Problematisch ist hierbei jedoch, dass sich das Öl im Laufe der Zeit verflüchtigen kann und dadurch die Schmierung unter Umständen nicht mehr gewährleistet werden kann.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Lagerelement anzugeben, bei welchem Notlaufeigenschaften bei Ölmangel auch langfristig gewährleistet werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Lagerelement einem porösen Material mit einer festschmierstoffhaltigen Dispersion zu imprägnieren. Notlaufeigenschaften des Lagerelementes werden somit durch vorzugsweise im Porensystem des porösen Materials des Lagerelements angelagerten Festschmierstoffpartikel gewährleistet, die sich auch bei einem Abfließen bzw. Fehlen des eingesetzten Schmieröls nicht verflüchtigen, sondern im Bereich des Lagerelementes verbleiben. Die Festschmierstoffpartikel haben dabei vor- zugsweise eine hohe Affinität zum porösen Material des Lagerelementes, so dass sie sich in bzw. an diesem bevorzugt anlagern. Mittels der festschmierstoff- haltigen Dispersion können insbesondere längere Standzeiten und/oder ein geringerer Energieverbrauch und/oder ein geringerer Verschleiß erzielt werden. Eine höhere Belastung der Bauteile, z.B. höhere Temperaturen oder eine höhere Last, sind dadurch erreichbar. Als Trägermedium für die Festschmierstoffpartikel dient ein Fluid, z.B. mineralisches oder synthetisches Öl oder organisches Lösungsmittel oder Wasser usw., so dass eine aus dem Fluid und den darin disper- gierten Festschmierstoffpartikeln hergestellte Dispersion für eine gleichmäßige Verteilung der Festschmierstoffe in dem Lagerelement sorgen kann. Bei der Imprägnierung des Lagerelementes mit der Dispersion lagern sich die Festschmierstoffe im Innern des porösen Materials an und können beim Betrieb des Lagers / der Führung durch nachrückendes Schmierfluid (z.B. Motorenöl oder Getriebeöl) an die Funktionsfläche (Reibkontakt) transportiert werden. Hier bilden sie einen dünnen Schmierfilm aus Festschmierstoffen aus, der für die gewünschte Notlaufschmierung und Reibungsreduktion sorgt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Lagerelement als Ventilführung bei einem Verbrennungsmotor, als Axiallager bei einem Abgasturbolader, als Nockenwellenlager, als Kurbelwellenlager oder als Pleuellager ausgebildet. Bereits die Aufzählung vorgenannter Einsatzgebiete für das erfindungsgemäße Lagerelement lässt erahnen, wie vielseitig ein derartiges Lagerelement eingesetzt werden kann. Hierbei kann je nach Einsatzgebiet sowohl eine einmalige Imprägnierung als auch eine kontinuierliche Beaufschlagung mit festschmierstoffhaltiger Dispersion zum Einsatz kommen.

Bei einem weiteren grundlegenden Aspekt der Erfindung beruht der allgemeine Gedanke darauf, das erfindungsgemäße Lagerelement in einer Lageranordnung einzusetzen und mittels einer festschmierstoffhaltigen Dispersion ständig oder zumindest temporär zu beaufschlagen. Eine derartige Lageranordnung kann beispielsweise ebenfalls im Bereich eines Nockenwellenlagers bzw. eines Axiallagers eines Abgasturboladers Verwendung finden. Durch die Beaufschlagung des erfindungsgemäßen Lagerelementes mit der festschmierstoffhaltigen Dispersion wird für einen stetigen Nachschub an Festschmierstoffen gesorgt, wobei diese sich zumindest teilweise in bzw. an dem porösen Material anlagern und dadurch eine bessere Schmierung des Lagers und Notlaufeigenschaften des Lagerelementes im Zustand der Mischreibung (z.B. beim Anfahren eines hochtourigen Lagers wenn sich noch kein ausreichender Schmierfilm gebildet hat) gewährleisten. Durch den kontinuierlichen Nachschub an Festschmierstoffpartikeln kann insbesondere auch die Funktion des Lagers auf einem konstant hohen Niveau gehalten werden, da der Nachschub an Festschmierstoffpartikeln für eine kontinuierliche Erneuerung eines Feststoffschmierfilms zwischen den Reibpartnern sorgt.

Die Herstellung einer erfindungsgemäßen mit Festschmierstoffdispersion imprägnierten Ventilführung bzw. eines Lagerelementes lässt sich durch verschiedenste geeignete Verfahren bewerkstelligen. Das folgende Beispiel beschreibt eine Möglichkeit der Imprägnierung und Bearbeitung.

Hierbei wird zur Herstellung eines derartigen Lagerelementes zunächst ein heißer Rohling des Lagerelementes in eine festschmierstoffhaltige Dispersion, insbesondere in eine erwärmte ölhaltige Dispersion getaucht und zwar solange, bis der Rohling des Lagerelementes mit der festschmierstoffhaltigen Dispersion gesättigt ist. Anschließend wird der Rohling des Lagerelements aus dem Tauchbad entnommen, abgekühlt und an zumindest einer Fläche, insbesondere an einer Stirnseite, einer Außenfläche oder einer Lagerfläche, bearbeitet, wobei bei diesem Bearbeiten ein Verschließen der Poren an der jeweils bearbeiteten Fläche erfolgt. Das Verschließen der Poren erfolgt dabei durch ein Verschmieren der Festschmierstoffpartikel während des Bearbeitungsprozesses. Nach dem Entfernen des Rohlings des Lagerelementes aus dem Dispersionstauchbad, läuft zwar ein Teil der Dispersion ab, trotzdem verbleiben genügend Festschmierstoffparti- kel innerhalb des Porensystems des porösen Materials des Lagerelementes. Hierdurch ergeben sich, im Unterschied zu einer reinen Ölbeaufschlagung, die verbesserten Lagereigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Lagerelementes insbesondere bei Mischreibung.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerelementes,

Fig. 2 eine Detaildarstellung eines Porensystems des erfindungsgemäßen Lagerelementes, Fig. 3 ein schematischer Verfahrensablauf zur Herstellung des erfindungsge- mäßen Lagerelementes.

Entsprechend der Fig. 1 , weist ein erfindungsgemäßes Lagerelement 1 , welches hier in der Art einer Lagerbuchse ausgebildet ist, ein poröses Material 2 auf. Er- findungsgemäß ist nun dieses poröse Material 2 mit einer festschmierstoffhalti- gen Dispersion 3 beaufschlagt, wodurch insbesondere die Reibungs- und Notlaufeigenschaften eines derartigen Lagerelementes 1 deutlich verbessert werden können. Die festschmierstoffhaltige Dispersion 3 ist dabei vorzugsweise in der Art einer Imprägnierung 3a ausgebildet und zwar mit beispielsweise Öl oder einem anderen geeigneten Fluid als Trägermedium und darin dispergierten Festschmierstoffpartikeln 4, die sich vorzugsweise in aber auch an dem porösen Material 2 des Lagerelementes 1 anlagern. Selbstverständlich können dabei nicht nur eine einzige Art an Festschmierstoffpartikeln 4 sondern auch unterschiedliche Arten verschiedenster Festschmierstoffpartikel 4 in der Dispersion 3a dispergiert sein, wobei eine bevorzugte Ausführungsform an Festschmierstoffpartikeln 4 eine hexagonale Schichtstruktur (wie z.B. in Graphit, M0S ₂ oder BN) aufweist. Das poröse Material 2 ist vorzugsweise gesintert und weist, wie dies gemäß der Fig. 2 schematisch dargestellt ist, ein kommunizierendes, das heißt durchgängiges, Porensystem auf. Das poröse Material 2 des Lagerelementes 1 ist darüber hinaus vorzugsweise auf Eisen-, Nickel-, Cobald-, Messing- oder Bronzebasis hergestellt.

Generell kann das erfindungsgemäße Lagerelement 1 als Ventilführung bei einem Verbrennungsmotor, als Axial-/Radiallager bei einem Abgasturbolader, als Nockenwellenlager, als Kurbelwellenlager oder als Pleuellager verwendet werden bzw. ausgebildet sein. Die in der festschmierstoffhaltigen Imprägnierung 3 / Dispersion 3a dispergierten Festschmierstoffpartikel 4 weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 50 und 1 .000 nm auf und lagern sich aufgrund ihrer Affinität zu dem Porensystem bzw. zu dem porösen Material 2 vorzugsweise in bzw. an diesem ab.

Generell kann das erfindungsgemäße Lagerelement 1 auch Bestandteile einer Lageranordnung 5 sein, bei der zumindest ein Lagerelement 1 mittel der fest- schmierstoffhaltigen Imprägnierung 3a / Dispersion 3 kontinuierlich, zumindest aber temporär, beaufschlagt ist. Eine derartige Lageranordnung 5 kann beispielsweise ebenfalls im Bereich der Lagerung eines Rotors eines Abgasturboladers oder einer Welle in einem Verbrennungsmotor Verwendung finden. Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Lageranordnung werden im Betrieb stetig Fest- schmierstoffpartikel 4 durch nachdrückendes Öl aus einem Reservoir an eine Funktionsfläche des Lagerelementes 1 transportiert und verbleiben dort durch eine Affinität zum porösen Material als submikroskopisch dünner Film, durch den eine langfristig schmierende Wirkung (Reduzierung des Reibkoeffizienten und Verringerung des Verschleißes) erreicht werden kann.

Der Feststoffschmiergehalt der Dispersion 3 kann dabei zwischen 2 und 20 Mas.- % betragen, wobei die Dispersion 3 zur Verbesserung des Kriechverhaltens und/oder der Oberflächenbenetzung zusätzlich additiviert sein kann. Die Viskosität der Dispersion 3 ist vorzugsweise so eingestellt, dass diese bei 100° C zwischen 2 und 300 mm ² /s liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung 5, bei welcher das Lagerelement 1 vorzugsweise kontinuierlich mit festschmierstoffhaltiger Dispersion 3 / Imprägnierung 3a beaufschlagt wird, sorgt die stetige Zufuhr an Imprägnierung 3a / Dispersion 3 für ebenfalls eine stetige Zufuhr an Festschmierstoffpartikeln 4, wodurch die Lagereigenschaften, insbesondere jedoch der submikroskopisch dünne Film auf der Kontaktfläche des erfindungsgemäßen Lagerelementes 1 stets erneuert bzw. stets auf einem hohen Niveau gehalten werden kann. Durch das kontinuierliche Beaufschlagen des Lagerelementes 1 bzw. dessen porösen Materials 2 mit festschmierstoffhaltiger Dispersion 3a, kann auch nach einem Verflüchtigen / Abfließen des Tragerfluides auf Grund des sich am porösen Material 2 angelagerten Schmierfilms aus Festschmierstoffpartikeln 4 stets eine ausreichende Lagereigenschaft erzielt werden. Selbstverständlich ist dabei das erfindungsgemäße Lagerelement 1 nicht nur auf die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Lagerbuchse beschränkt, sondern kann beliebige andere Formen einnehmen.

Entsprechend Fig. 3 wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Lagerelementes 1 zunächst ein Rohling des Lagerelementes 1 in einem ersten Verfahrensschritt A bis zur Sättigung in eine möglicherweise erwärmte festschmierstoffhaltige Dispersion 3 eingetaucht. Anschließend wird dieser Rohling in einem Verfahrensschritt B an zumindest einer Fläche, insbesondere an einer Stirnseite oder an einer Außenfläche bearbeitet, wobei hierdurch ein Verschließen der Poren an der bearbeiteten Fläche erfolgt. Das Verschließen der Poren erfolgt insbesondere durch eine Verschmieren der Feststoffpartikel 4 an der zu bearbeitenden Oberfläche. Anschließend ist das erfindungsgemäß hergestellte Lagerelement 1 bereits fertig und kann zur Lagerung eines Bauteils beispielsweise an einem Verbrennungsmotor eingebaut werden.

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