Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerelement umfassend eine erste Schicht mit einer radial in neren Oberfläche, wobei auf der radial inneren Oberfläche der ersten Schicht eine Messvor richtung angeordnet ist, die in der angegebenen Reihenfolge eine erste elektrische Isolier schicht, ein Sensorschicht und eine zweite elektrische Isolierschicht aufweist.

Weiter betrifft die Erfindung ein Gleitlager umfassend eine Lageraufnahme mit einer radial inneren Oberfläche und zumindest ein Gleitlagerelement, dass an der radial inneren Oberflä che der Lageraufnahme anliegend angeordnet ist.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerelementes, nach dem auf einer radial inneren Oberfläche einer ersten Schicht eine Messvorrichtung ausgebil det wird, wozu in der angegebenen Reihenfolge eine erste elektrische Isolierschicht, ein Sen sorschicht und eine zweite elektrische Isolierschicht abgeschieden werden.

In den letzten Jahren erlangte die sensorische Überwachung von Gleitlagern eine immer grö ßere Bedeutung. Neben der indirekten Messung von Gleitlagerparametern steht zunehmend auch die Anordnung von Sensoren im oder in unmittelbarer Nähe zum Schmierspalt im Vor dergrund der Entwicklung. Problematisch sind dabei nicht nur die Umweltbedingungen für die Sensorik, sondern auch die Gleitlagern eigenen mechanischen Ausprägungen, wie bei spielsweise das Vorhandensein von rotierenden Bauteilen. Beispielhaft sei auf die AT 408 900 B verwiesen, aus der eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gleitlagers, das eine in ei nem Stützkörper eingespannte Lagerschale aufweist, bekannt ist, mit wenigstens einem im Lagerschalenbereich angeordneten Messfühler für temperaturabhängige Messsignale und mit einer Auswerteschaltung für die Messsignale. Der Messfühler ist als Druckfühler für in Um fangsrichtung der Lagerschale wirksame Druckkräfte oder für radiale Druckkräfte zwischen Lagerschale und Stützkörper ausgebildet.

Aus der US 2016/0208849 Al ist ein Gleitlager und ein Verfahren zu seiner Herstellung be kannt. Das Gleitlager weist ein metallisches Substrat, eine erste elektrisch isolierende Schicht auf dem metallischen Substrat, eine elektrische Komponente auf der elektrisch isolierenden Schicht, und eine zweite elektrische isolierende Schicht auf. Die beiden elektrisch isolieren den Schichten sind als Gleitlackschichten ausgebildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlagerelement mit einem Sensor zur Erfassung von Betriebsparametem, hinsichtlich der Einsatzeigenschaften zu ver bessern.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Gleitlagerelement dadurch gelöst, dass auf der zweiten elektrischen Isolierschicht eine Gleitschicht angeordnet ist.

Weiter wird die Aufgabe bei dem eingangs genannten Gleitlager dadurch gelöst, dass das zu mindest eine Gleitlagerelement erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem auf der zweiten elektrischen Isolierschicht eine Gleitschicht angeordnet wird.

Von Vorteil ist dabei, dass durch die zusätzliche Anordnung einer Gleitschicht die Messvor richtung besser vor dem Einfluss der rotierenden Welle geschützt werden kann. Zudem kann damit ein Gleitlagerelement zur Verfügung gestellt werden, dass hinsichtlich der tribologi- schen Eigenschaften vergleichbar ist zu derzeit bekannten Gleitlagerelementen, obwohl das Gleitlagerelement mit einer Messsensorik ausgestattet ist. Aufgrund des gewählten Aufbaus des Gleitlagerelementes können für die Gleitschicht auch metallische Schichten verwendet werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gleitschicht eine mittels eines PVD- Verfahrens abgeschiedene Schicht ist, insbesondere eine Sputterschicht ist. Diese Schichten haben den Vorteil, dass sie ohne weitere Schutzmaßnah men treffen zu müssen, direkt auf die Messvorrichtung, d.h. auf die zweite elektrische Isolati onsschicht, aufgebracht werden können. Zudem haben diese Gleitschichten sehr gute tribolo- gische Eigenschaften, insbesondere in Hinblick auf die Dauerfestigkeit, wodurch das Gleitla gerelement insgesamt bessere Eigenschaften aufweisen kann und auch die Messvorrichtung besser vor negativen mechanischen Einflüssen geschützt werden kann. Es kann aber nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Gleitschicht eine Gleitlackschicht. Diese ist ebenso wie eine PVD-schicht einfach auftragbar, d.h. ohne weitere Schutzmaßnahmen für die Messvorrichtung treffen zu müssen. Von Vorteil ist dabei auch, dass Unebenheiten in der Oberfläche der Messvorrichtung, auf der die Gleitschicht aufgetragen wird, einfacher ausgeglichen werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf der Gleitschicht eine Einlaufschicht angeordnet ist, insbesondere eine Einlaufschicht aus einem Gleitlack. Durch die Einlaufschicht wird eine raschere Anpassung der Oberflächen der Gleit partner erreicht, wodurch das Gleitlagerelement rascher nur einer betriebsüblichen Belastung ausgesetzt ist. Es können damit unregelmäßige bzw. überraschende Überbelastungen der Messvorrichtung besser vermieden werden, sodass auch diese rascher nur mehr den betriebs üblichen Belastungen ausgesetzt ist.

Zumindest eine der ersten und der zweiten Isolierschicht kann nach einer anderen Ausfüh rungsvariante der Erfindung durch A1203 und/oder Si02 gebildet sein. Im Vergleich zu ande ren elektrische isolierenden Werkstoffen weisen diese Oxide neben der guten Oxidationsbe ständigkeit eine gute Temperaturstabilität und einen relativ hohen Abrasions widerstand auf, wodurch die Messvorrichtung höheren Belastungen ausgesetzt werden kann.

Von Vorteil ist weiter, wenn zumindest eine der ersten und der zweiten Isolierschicht eine Schichtdicke zwischen 2 pm und 8 pm aufweist. Durch diese relativ dünne Ausführung der (spröden) Isolierschicht(en) kann eine Delamination der Schichten besser vermieden werden.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sen sorschicht durch Chrom oder eine Chrom-Nickel-Legierung gebildet ist. Es kann damit die Adhäsion zwischen den Isolierschichten und der Sensorschicht verbessert werden, wodurch die Messvorrichtung insgesamt einer höheren Belastung ohne die Gefahr einer Delamination ausgesetzt werden kann. Zudem kann damit auch der Einfluss auf die Messtemperatur durch das Sensormaterial gering gehalten werden. Aus den zur Dicke zumindest einer der Isolierschichten genannten Gründen kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Sensorschicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 mhi und 4 mhi aufweist.

Bevorzugt ist nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Sensorschicht zumindest in der am stärksten belasteten Zone der Gleitschicht angeordnet ist, um damit eine Beschädigung des Gleitlagerelementes möglichst frühzeitig erkennen zu kön nen. Gleichzeitig ist damit die Messvorrichtung einem relativ hohen Druck ausgesetzt, der ei ner Delamination der Schichten der Messvorrichtung ebenfalls entgegenwirkt.

Zur einfacheren Kontaktierung der Sensorschicht mit weiteren elektrischen Komponenten kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass an einer radial äußersten Schicht elektrische Kontakte angeordnet sind, die mit der Sensorschicht elektrisch leitend verbunden sind. Das Gleitlager selbst kann dabei gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung an der radial inneren Oberfläche der Lageraufnahme elektrische Kontakte auf weisen, sodas s die Kontaktierung der Messvorrichtung des Gleitlagerelementes bereits durch das Einsetzen des Gleitlagerelementes in die Lageraufnahme automatisch hergesteht wird.

Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Sensorschicht mit einer Datenübertragungseinrichtung verbunden ist, wobei die Datenübertra gung seinrichtung zur drahtlosen Datenübertragung ausgebildet ist. Durch die Vermeidung ei ner drahtgebundenen Datenübertragung kann diese einfacher an weitere Systeme erfolgen, beispielsweise in einem Maschinenhaus oder in einem Kraftfahrzeug.

Zur Erhöhung der Autarkie der Messvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Sensor schicht mit einer Energieerzeugungseinrichtung verbunden ist. Es kann damit auch einem Ausfall der Messvorrichtung aufgrund von Energiemangel besser vorgebeugt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann die Sensorschicht mit einer Messbrücke (Vierleitermessung) verbunden sein, um damit Störungen des Messsignals auf grund von Anschlusswiderständen bzw. Leitungswiderständen besser beherrschen zu können. Weiter kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Sensorschicht eine Leiterschleife für die Temperaturkompensation bei der Messung aufweist, wodurch die Messwertgenauigkeit verbessert werden kann.

Um die Kompaktheit der Anordnung zur Bestimmung von Betriebsparametem des Gleitla gerelementes zu verbessern, kann gemäß einer Au sführungs Variante der Erfindung vorgese hen sein, dass an einer radialen Gleitlagerelementstimfläche eine Vertiefung ausgebildet ist, in der eine Telemetrie- Vorrichtung angeordnet ist.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Telemetrie- Vorrichtung nach einer anderen Aus führungsvariante der Erfindung an oder zumindest teilweise in der Lageraufnahme angeordnet ist.

Vorzugsweise wird nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens die Sensorschicht vollflä chig abgeschieden wird und danach strukturiert, da damit die Herstellung der Messvorrich tung einfacher und schneller durchgeführt werden kann. Das Gleitlagerelement kann damit wirtschaftlicher und somit mit besserer Akzeptanz der Kunden gestaltet werden. Für die Strukturierung kann gemäß einer Ausführungsvariante dazu ein Laser und/oder zumindest eine Maske verwendet werden, wodurch die Herstellung einerseits großtechnisch in Serie mit tels erfolgen kann. Zudem kann durch die Verwendung eines Lasers eine Einzelfertigung bzw. eine Kleinserienfertigung der Gleitlagerelemente einfach dargestellt werden.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass zumindest einer der Schichten der Messvorrichtung mittels Reaktiv sputtem hergestellt wird, wodurch die Schichtzusammen setzung einfach verändert und beeinflusst werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein Gleitlagerelement in Seitenansicht; Fig. 2 ein Gleitlagerelement in Draufsicht auf die Sensorschicht;

Fig. 3 ein Gleitlagerelement in Schrägansicht mit teilweise entfernten Schichten;

Fig. 4 eine Lageraufnahme in Schrägansicht;

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem Gleitlager;

Fig. 6 ein Detail aus dem Ausschnitt des Gleitlagers nach Fig. 5;

Fig. 7 ein Detail einer anderen Ausführungsvariante der Gleitlageranordnung;

Fig. 8 ein Pleuel;

Fig. 9 einen Ausschnitt aus einem Gleitlagerelement.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Fig. 1 zeigt ein Gleitlagerelement 1 in Form eines Mehrschichtgleitlagers. Das Gleitlagerele ment 1 ist als Halbschale ausgebildet, deckt also einen Winkelbereich von 180 ⁰ ab.

Dargestellt ist eine fünfschichtige Variante bestehend aus einer ersten Schicht 2, die bei dieser Ausführungsvariante die Stützschicht des Gleitlagerelementes 1 bildet, einer unmittelbar auf der ersten Schicht 2, d.h. auf einer radial inneren Oberfläche der Schicht 2, angeordneten Messvorrichtung 3, und einer unmittelbar auf der Messvorrichtung 3 angeordneten Gleit schicht 4. Die Messvorrichtung 3 besteht aus zumindest drei Schichten, nämlich unmittelbar an der ersten Schicht 2 des Gleitlagerelementes 1 anliegende erste elektrische Isolierschicht 5, eine unmittelbar an der ersten elektrischen Isolierschicht 5 anliegende Sensorschicht 6, und eine unmittelbar an der Sensorschicht 6 anliegende zweite elektrische Isolierschicht 7.

Obwohl die dreischichtige Ausführung der Messvorrichtung 3 die bevorzugte ist, kann diese auch mehr als drei Schichten aufweisen. So kann z.B. zumindest eine der beiden elektrischen Isolierschichten 5, 7 aus mehreren, übereinander angeordneten Teilschichten bestehen, die auch unterschiedlich zusammengesetzt sein können. Weiter kann auch die Sensorschicht 6 aus mehreren, übereinander angeordneten Teilschichten bestehen, die auch unterschiedlich zu sammengesetzt sein können.

Das Gleitlagerelement 1 kann aber auch weitere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann das Gleitlagerelement 1 auch eine Lagermetallschicht 8 aufweisen, die zwischen der Messvor richtung 3 und der Stützschicht des Gleitlagerelementes angeordnet ist. In diesem Fall ist bil det die Lagermetallschicht 8 die voranstehend genannte erste Schicht 2, sodass also die Aus führungen zur ersten Schicht 2 in dieser Beschreibung für diese Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes 1 auf die Lagermetallschicht 8 anzuwenden sind.

Zudem kann das Gleitlagerelement 1 noch weitere Schichten aufweisen, wie beispielsweise zwischen der Lagermetallschicht 8 und der Stützschicht eine Haftmittelschicht und/oder eine Diffusionssperrschicht oder auf der Gleitschicht 4 eine Einlaufschicht. Ebenso kann auf der Rückseite der Stützschicht eine Antifretting Schicht angeordnet sein.

Obwohl das Gleitlagerelement 1 als Halbschale dargestellt ist, kann es im Rahmen der Erfin dung auch anders ausgeführt sein, beispielsweise als Lagerbüchse. Generell sind Gleitla gerelemente 1 möglich, die einen von 180 ⁰ abweichenden Winkelbereich überdecken.

Die Stützschicht besteht aus einem Werkstoff, welcher dem Gleitlagerelement 1 die erforder liche Strukturfestigkeit verleiht, beispielsweise aus einem Messing oder einer Bronze. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes 1 besteht sie jedoch aus einem Stahl. Sofern das Gleitlagerelement 1 als Direktbeschichtung ausgeführt ist, beispielsweise der radial inneren Oberfläche einer Lageraufnahme oder der Mantelfläche einer Welle, wird die Stützschicht durch den Werkstoff des direktbeschichteten Bauteils gebildet. Zudem ist in diesem Fall die Stützschicht nicht als herkömmliche Schicht in strengen Sinne des Wortes zu bezeichnen. Im Zusammenhang mit der Erfindung umfasst der Begriff„Stützschicht“ aber auch derartige Ausführungen.

Als Lagermetallschicht 8 können unterschiedlichste Legierungen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Lagermetalle auf Aluminiumbasis, z.B. AlSnöCuNi, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSil lCu, AlSnöCu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSil lCuMgNi, AlZn4Si. Bei spielsweise kann die Lagermetallschicht 8 durch CuPb4Sn4Zn4, CuPb5Sn5Zn5,

CuPb7Sn7Zn4, CuPb9Sn5, CuPblOSnlO, CuPbl5Sn7, CuPb22Sn2, CuPb20Sn4,

CuPb22Sn8, CuPb24Sn2, CuPb24Sn, CuPb24Sn4, CuSn5Zn, CuAllONi, CuSnlO gebildet sein. Lür die Angaben zur Zusammensetzung aller angeführten Legierungsvarianten gilt ein Toleranzbereich von bis zu 5 Prozentpunkten.

Die Lagermetallschicht 8 kann mit einem herkömmlichen, aus der Gleitlagertechnik bekann ten Verfahren auf der Stützschicht abgeschieden bzw. angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Bimetall aus der Stützschicht und der Lager-metallschicht 8 durch Aufwalzen der Lagermetallschicht 88 hergestellt werden. Ebenso kann die Lagermetallschicht 8 auf die Stützschicht aufgegossen werden. Gegebenenfalls wird dieses Bimetall umgeformt und/oder spanabhebend bearbeitet.

Die Gleitschicht 4 kann aus herkömmlichen, in der Gleitlagertechnik hierfür bekannten Werk stoffen bestehen. Beispielsweise kann die Gleitschicht 4 aus einem galvanisch abgeschiede nen Werkstoff bestehen.

In der bevorzugten Ausführungsvariante ist die Gleitschicht 4 allerdings eine mittels eines PVD- Verfahrens abgeschiedene Schicht. Besonders bevorzugt ist die Gleitschicht eine Sput- terschicht, insbesondere nach einem Kathodensputterverfahren hergestellt. Dazu kann die Ab scheidung der Gleitschicht 4 in einem Prozessgas erfolgen, beispielsweise bestehend aus oder umfassend Argon.

Die Gleitschicht 4 kann aus einer Zinnbasislegierung oder einer Legierung mit dem Basisele mente Aluminium, wie z.B. AlSn20Cul, Al-Bil5CulNil, oder durch eine Legierung mit Kupfer als Basiselement, wie z.B. CuPb27, CuPb25Sn3, CuPb25Ni3, oder durch Silber oder eine Legierung mit Silber als Basiselement, wie z.B. AgCu5, bestehen bzw. diese umfassen. Für die Abscheidung mittels Sputterverfahren können folgende Parameter angewandt werden:

Spannung am Gleitlagerelementrohling auf dem die Gleitschicht 4 abgeschieden wird: -150 V bis O V

Prozessgas: Argon

Prozessgas-Druck: 3x10-4 bis 6x10-3 mbar,

Temperatur: 80 bis l60°C

Spannung an dem oder den Targets: -450 V bis -800 V

Beschichtungsrate: 0,1 pm/Minute bis 5 pm/Minute

Bekanntlich werden beim Sputtern Prozessgasatome auf ein Target beschleunigt und schlagen aus diesem die abzuscheidenden Metallatome heraus, die in weiterer Folge in Richtung auf den Gleitlagerelementrohling beschleunigt werden und sich auf dessen Oberfläche nieder- schlagen, sodas s die Gleitschicht 4 aufgebaut wird. Da dieses Verfahren an sich prinzipiell be kannt ist, sei zu weiteren Details dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Die Abscheidung mittels eines PVD-Prozesses (Gasphasenabscheidung) wird bevorzugt, da diese abseits des thermodynamischen Gleichgewichtes stattfinden, sodass die Teilchendiffu sion und Koagulation von Ausscheidungen verhindert werden kann.

Die Gleitschicht 4 kann aber auch mit einem Elektronenstrahlbedampfungsverfahren herge stellt sein.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes 1 kann vorgesehen sein, dass die Gleitschicht 4 eine Gleitlackschicht ist, d.h. eine Polymerschicht, die aus einem Gleitlack hergestellt ist, beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufstreichen oder Auftauchen des Gleitlacks und anschließendes Trocknen des Gleitlacks zur Polymerschicht.

Als Gleitlack kann prinzipiell jeder geeignete Gleitlack verwendet werden, der eine ausrei chende Abriebfestigkeit und ein ausreichendes Gleitvermögen aufweist. Beispielseise kann eine Gleitlack auf PTFE-Basis eingesetzt werden. Vorzugsweise wird jedoch ein Gleitlack auf Polyamidbasis eingesetzt, insbesondre auf Basis eines Polyamidimids, der zumindest einen Festschmierstoff enthält, wie beispielsweise MoS2, Graphit, hexagonales BN, etc. Es ist weiter bevorzugt, wenn der Gleitlack sowohl MoS2 als auch Graphit als Festschmierstoffe enthält.

Der Polymerschicht, die aus dem Gleitlack nach dessen Auftrag auf die Messvorrichtung 3 gebildet wird, kann eine Zusammensetzung von 20 Gew.-% bis 45 Gew.-% Polyamidimid, 30 Gew.-% bis 55 Gew.-% MoS2 und 10 Gew.-% bis 25 Gew.-% Graphit aufweisen, mit der Maßgabe, dass die Summe aller Bestandteile der Polymerschicht sich zu 100 Gew.-% addiert.

Die Polymerschicht kann zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit weitere Zusätze in einem Summenanteil von maximal 10 Gew.-% enthalten, wie beispielsweise Fasern, Hartstoffe, wie z.B. Carbide, Oxide, Nitride, beispielsweise Cr02, Fe304, ZnO, A1203, Si02, SiC, Si3N4, etc.

Die Polymerschicht kann eine Schichtdicke aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 pm bis 40 pm, insbesondere von 3 pm bis 30 pm.

Die Polymerschicht weist vorteilhafterweise eine Härte nach Vickers auf, ausgewählt aus ei nem Bereich von 20 HV (0,01) bis 45 HV (0,01).

Wie voranstehend bereits ausgeführt, kann auf der Gleitschicht 4, d.h. auf deren radial inneren Oberfläche, auch eine Einlauf Schicht angeordnet sein. In dieser Ausführungsvariante wird be vorzugt die Gleitschicht 4 als PVD-Schicht, insbesondere Sputterschicht, und die Einlauf schicht als Polymerschicht, die aus einem Gleitlack hergestellt ist, ausgeführt. Hinsichtlich der Werkstoffe hierfür sei auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen.

Die erste und/oder die zweite elektrische Isolierschicht 5, 7 umfassen gemäß einer bevorzug ten Ausführungsvariante A1203 und/oder Si02 bzw. bestehen daraus. In der bevorzugten Ausführungsvariante umfassen sowohl die erste elektrische Isolierschicht 5 als auch die zweite Isolierschicht 7 A1203 und/oder Si02 bzw. bestehen daraus. Die erste und/oder die zweite Isolierschicht 5, 7 können aber auch aus anderen elektrisch iso lierenden Werkstoffen bestehen, wie beispielsweise Zr02

Vorzugsweise weisen die erste und/oder die zweite Isolierschicht 5, 7 (besonders bevorzugt beide Isolierschichten 5, 7) aus voranstehend genannten Gründen eine Schichtdicke 9 auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 2 pm bis 8 pm, insbesondere aus einem Bereich von 3 pm bis 5 pm.

Die Sensorschicht 6 umfasst gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante Chrom oder eine Chrom-Nickel-Legierung bzw. besteht daraus. Die Chrom-Nickel-Legierung kann insbesondere ein Chromanteil zwischen 15 Gew.-% und 25 Gew.-% aufweisen. Den Rest auf 100 Gew.-% bildet das Nickel. Beispielsweise kann die Chrom-Nickel-Legierung 20 Gew.-% Chrom und 80 Gew.-% Nickel aufweisen.

Die Sensorschicht 6 kann aber auch aus anderen elektrisch leitenden Werkstoffen bestehen bzw. diese umfassen, wie beispielsweise Ag, Pt, Cu-Basis-Werkstoffe wie CuNiMn.

Vorzugsweise weist die Sensorschicht 6 aus voranstehend genannten Gründen eine Schichtdi cke 10 auf, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,1 pm bis 4 pm, insbesondere aus ei nem Bereich von 0,2 pm bis 2 pm.

Mit der Messvorrichtung 3, insbesondere mit der Sensorschicht 6, ist es möglich zumindest einen Betriebsparameter im Betrieb des Gleitlagerelementes 1 zu erfassen, wie insbesondere die Temperatur und/oder den Druck im Schmiermittelspalt eines mit dem Gleitlagerelementes 1 ausgerüsteten Gleitlagers. Dazu kann die Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit erfasst werden.

Für die Erfassung des Messwertes kann die Sensorschicht 6 entsprechend strukturiert sein, wie dies beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Für die bessere Darstellbarkeit dieser Strukturie rung wurde in Fig. 2 auf die Darstellung der zweiten elektrischen Isolierschicht 7 und der Gleitschicht 4 (beide in Fig. 1 gezeigt) verzichtet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die in Fig. 2 konkret dargestellte Anordnung von Lei terbahnen 11 nur beispielhaften und keinen limitierenden Charakter hat. Es sind - je nach zu messenden Parameter - auch andere Topographien der Sensorschicht 6 möglich.

Für die Herstellung der Leiterbahnen 11 wird in der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens, nachdem auf der radial inneren Oberfläche der ersten Schicht 2 abgeschieden wurde, zuerst die erste elektrische Isolierschicht 5 abgeschieden. Diese wird bevorzugt auf der gesamten radial inneren Oberfläche der ersten Schicht 2 abgeschieden, kann aber auch nur an der Stelle oder den Stellen abgeschieden werden, an der/denen im fertigen Gleitlagerelement

1 die Sensorschicht 6 angeordnet ist.

Auf diese erste elektrische Isolierschicht 5 wird dann die Sensorschicht 6 abgeschieden. Wie derum wird diese bevorzugt auf der gesamten radial inneren Oberfläche der ersten elektri schen Isolierschicht 5 vollflächig abgeschieden. Sie kann aber auch nur an der Stelle oder den Stellen abgeschieden werden (ebenfalls bevorzugt vollflächig), an der/denen im fertigen Gleitlagerelement 1 die Sensorschicht 6 angeordnet ist.

Nach der Abscheidung der Sensorschicht 6 wird diese zur Ausbildung der Leiterbahnen 11 strukturiert. Dabei werden die Bereiche der Sensorschicht 6 wieder entfernt, in denen keine Leiterbahnen 11 angeordnet sind. Aus der ursprünglich bevorzugt vollflächigen Sensorschicht 6 wird damit eine nur in diskreten Bereichen der ersten elektrischen Isolierschicht 5 angeord nete Sensorschicht 6.

Es sei darauf hingewiesen, dass es ausreichend ist, nur die Bereiche der Sensorschicht 6 im Bereich neben den Leiterbahnen 11 zu entfernen. Bereiche der Sensorschicht 6, in denen keine Leiterbahnen angeordnet sind, also beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.

2 im Bereich von in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen 12, kann gegebenenfalls die ur sprünglich abgeschiedene Sensorschicht 6 unbehandelt verbleiben.

Auf die strukturierte Sensorschicht 6 wird danach auf deren radial inneren Oberfläche die zweite elektrische Isolierschicht 7 und auf deren radial inneren Oberfläche die Gleitschicht 4 abgeschieden. Es ist damit eine Gleitlagerelement 1 mit zumindest einem integrierten Dünn schichtsensor entstanden. Die Abscheidung der ersten elektrischen Isolierschicht 5 und/oder der zweiten elektrischen Isolierschicht 7 und/oder der Sensorschicht 6 erfolgt bevorzugt mittels eines PVD- Verfahrens (Physical Vapour Depsoition), insbesondere mit einem Sputterverfahren, bevorzugt mittels Magnetron-Sputter-Technologie. Weiter wird in der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ein planarer Magnetron eingesetzt, d.h. ein Magnetron mit planarem Target.

Besonders bevorzugt werden sowohl die erste und die zweite elektrische Isolier- Schicht 5, 7 als auch die Sensorschicht 6 mit diesem Verfahren hergestellt.

Für die Abscheidung der Schichten können dabei folgende Parameter angewandt werden:

Sensorschicht 6:

Spannung am Gleitlagerelementrohling: -150 V bis 0 V

Prozessgasgemisch: Argon, Sauerstoff

Prozessgas-Druck: 3x10-4 mbar bis 6x10-3 mbar,

Temperatur: 100 °C bis 160 °C

Spannung an dem oder den Targets: -450 V bis -800 V

Beschichtungsrate: 0,1 pm/Minute bis 2 pm/Minute

Isolierschicht 5, 7:

Spannung am Gleitlagerelementrohling: -120 V bis 0 V

Prozessgasgemisch: Argon, Sauerstoff

Prozessgas-Druck: 3x10-4 mbar bis 6x10-3 mbar,

Volumsmischungsverhältnis Argon zu Sauerstoff >= 1,5: 1

Temperatur: 100 °C bis 160 °C

Spannung an dem oder den Targets: -350 V bis -700 V

Beschichtungsrate: 0,1 pm/Minute bis 1,5 pm/Minute

Es kann vorgesehen sein, dass der Übergang zwischen den einzelnen Schichten abrupt ausge bildet ist oder diese graduell ineinander übergehen. Beispielsweise kann der Übergang von der zweiten Isolierschicht 7 zur Gleitschicht 4 ausgehend von A1203 über AlxOy (x:y>2:3) über Al über AlSnx (x<20) zu AlSn20Cu ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ausgehend von der ersten Isolierschicht 5 zur Sensorschicht 6 die Schichtabfolge wie folgt aussehen: A1203 -> AlxOy (x:y>2:3) -> Al -> Werkstoff der Sensorschicht. Die

Schichtdicke des Übergangs von der zweiten Isolierschicht 7 zur Gleitschicht 4 kann zwi schen 0,05 mih und 1,5 mih betragen. Die Schichtdicke des Übergangs von der ersten Isolier schicht 5 zur Sensorschicht 6 kann zwischen 0,001 mih und 0,1 mih betragen.

Es ist dabei nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens möglich, dass zumindest einer der ersten und der zweiten elektrischen Isolierschichten 5, 7 und der Sensorschicht 6 (bevorzugt die erste und die zweite Isolierschicht 5, 7) mittels Reaktiv sputtern hergestellt wird. Dabei wird die zumindest eine Schicht aus Atomen aus dem Target und aus Atomen aus der Gasatmosphäre in der Ab Scheidekammer, in der die Beschichtung durchgeführt wird, her gestellt. Es wird dazu ein reaktives Gas eingesetzt. Alternativ kann dieses reaktive Gas aber auch aus einem entsprechend zusammengesetzten Target, das z.B. Sauerstoff freisetzen kann, erzeugt werden. Das reaktive Gas bzw. seine ionisierten Bestandteile reagieren chemisch mit dem Targetmaterial bzw. den daraus erzeugten Atomen. Die entstehenden Verbindungen schlagen sich dann auf dem eingesetzten Gleitlagerelementrohling nieder. Auf diese Weise kann zum Beispiel beim reaktiven Sputtern von Aluminium in einem Sauerstoffplasma A1203 Hergestellt werden. Läuft die Reaktion am Target ab, wird folglich das Reaktionspro dukt gesputtert.

Zum Reaktiv sputtem der Schichten können die voranstehend genannten Parameter angewandt werden.

Neben den genannten Abscheideverfahren können aber auch andere geeignete Abscheidever fahren zumindest für einzelne der Schichten angewandt werden, beispielsweise nasschemi sche Abscheideverfahren (z.B. galvanische Verfahren), oder die Abscheidung mittels Elektro nenstrahlbedampfungsverfahren. Zudem besteht die Möglichkeit der Maskenbedampfung bzw. des Maskensputterns.

Die Strukturierung der Sensorschicht 6 wird gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens mittels Energiestrahlung durchgeführt, vorzugsweise mit einem Laser und/oder unter Verwen dung von zumindest einer Maske. Als Laser wird dazu insbesondere ein Ultrakurzpuls-Laser, bevorzugt ein sogenannter Femtosekundenlaser, eingesetzt. Von Vorteil ist dabei die exakte und rückstandsfreie Abtragung kleinster Materialmengen ohne wesentliche Beeinflussung des Substrats durch Wärmeübertragung.

Für die Strukturierung der Sensorschicht 6 mittels Laser können folgende Parameter ange wandt werden:

Pulsdauem: ps-/fs-Bereich

Pulsenergie: 1 pj bis 100 pj

Pulsfolgefrequenzen 1 kHz- bis 800 MHz

Wellenlänge im Bereich 1 pm, da kommerziell verfügbar.

Fokussierung ca. 10 pm bis 100 pm (= Bearbeitungsauflösung)

Vorzugsweise fokussierte Strahlung, denkbar ist aber auch abbildend zu arbeiten oder mit Strahlformungskomponenten

Falls erforderlich können mit dem Laser zusätzlich Masken (z.B. aus Metall) verwendet wer den, mit denen nicht zu entfernende Oberflächenbereiche vom Einfluss des Lasers abgeschat tet werden.

Die Strukturierung der Sensorschicht 6 kann aber auch mit anderen Verfahren, gegebenenfalls wieder unter Verwendung von Masken, durchgeführt werden, beispielsweise mittels nassche mischer Ätzverfahren oder durch Trockenätzverfahren, wie z.B. Beschuss der zu strukturie renden Oberfläche mit Argonionen oder mit plasmaaktivierten Gasen.

Gemäß einer Ausführungsvariant des Gleitlagerelementes 1 wird die Messvorrichtung 3 in der am stärksten belasteten Zone der Gleitschicht 4 angeordnet, d.h. in radialer Richtung oberhalb dieser Zone. Die am stärksten belastete Zone der Gleitschicht 4 ist dabei bei einem Pleuella ger das obere Gleitlagerelement 1 und bei einem sogenannten Hauptlager das untere Gleitla gerelement 1.

Für die Kontaktierung der Sensorschicht 6 mit weiteren elektrischen bzw. elektronischen Komponenten, kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahnen 11 in den Bereich von axialen Stirnflächen 13 des Gleitlagerelements 1 führen (d.h. die Stirnflächen 13, die in der axialer Richtung betrachtet werden) und auf diesen axialen Stirnflächen 13 Kontaktstellen ausgebil det sind, die elektrisch leitend mit Gegenkontaktstellen verbunden werden können.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Gleitlagerelements 1 kann auch vorgesehen sein, dass an einer radial äußersten Schicht des Gleitlagerelementes 1, beispielsweise einer Stütz schicht 14, elektrische Kontakte 15 angeordnet sind, die mit der Sensorschicht 6 elektrisch lei tend verbunden sind, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Fig. 3 zeigt dabei eine Gleitla gerelement 1 mit einer radial äußeren Stütz Schicht 14, der darauf angeordneten Lagermetall schicht 8, der darauf angeordneten ersten elektrischen Isolierschicht 5, der darauf angeordne ten Sensorschicht 6, der darauf angeordneten zweiten elektrischen Isolierschicht 7 und der da rauf angeordneten Gleitschicht 4, wobei einzelne Schichten zur besseren Darstellung des Schichtaufbaus teilweise entfernt wurden.

Die radial äußerste Schicht ist in dieser Ausführungsvariante die bereits in der Beschreibung der Fig. 1 erwähnte Stützschicht 14. Die radial äußerste Schicht kann aber bei einem anderen Schichtaufbau auch durch eine andere Schicht gebildet sein.

Für die Verbindung der Sensorschicht 6 mit den elektrischen Kontakten können Durchbrüche 16, insbesondere Bohrungen durch die radial oberhalb der Sensorschicht 6 angeordneten Schichten des Gleitlagerelementes 1 vorgesehen sein, die mit einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, z.B. Kupfer oder dem Werkstoff der Sensorschicht 6, ausgefüllt sind bzw. in de nen dieser Werkstoff angeordnet ist.

Die Gegenstellen dieser Kontakte 15 können gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Gleitlagers an einer Lageraufnahme 17 angeordnet sein, wie dies in fig. 4 dargestellt ist. Diese Figur zeigt einen Teil des Gleitlagers, nämlich einen Lagerdeckel, der die Lageraufnahme 17 bildet. Der Lagerdeckel kann beispielsweise Teil eines Pleuels sein. An einer radial inneren Oberfläche 18 der Lageraufnahme 17 wird das zumindest eine Gleitlagerelement 1 (gegebe nenfalls mit Spreizung) anliegend angeordnet, wie dies an sich bekannt ist. Auf dieser radial inneren Oberfläche 18 sind elektrische Kontakte 19 angeordnet, an die einerseits die Kontakte 15 des Gleitlagerelementes 1 (Fig. 3) anliegen, und die andererseits elektrisch leitend mit wei teren elektrischen oder elektronischen Komponenten verbunden sind. Die elektrischen Kontakte 19 an der Lageraufnahme 17 sind generell so positioniert, dass die elektrischen Kontakte 15 des Gleitlagerelementes 1 durch dessen Einbau in die Lagerauf nahme 17 an diesen elektrischen Kontakten 19 der Lageraufnahme anliegen. In der in Lig. 4 dargestellten Ausführungsvariante der Lageraufnahme 17 sind elektrischen Kontakte 19 somit anschließend an eine Trennfläche 20 des Lagerdeckels angeordnet, sodas s sie mit den elektri schen Kontakten 15 des Gleitlagerelementes 1 gemäß Lig. 4 elektrisch leitend verbunden wer den können.

Obwohl voranstehend ausgeführt wurde, dass die elektrischen Kontakte 15 im Bereich der Stirnfläche 12 (Lig. 2) angeordnet sein können, können diese generell am Lagerrücken, d.h. der äußeren Mantelfläche des Gleitlagerelementes 1, angeordnet werden. Die elektrischen Kontakte 19 der Lageraufnahme 17 sind dementsprechend anders an der Oberfläche 18 der Lageraufnahme 17 positioniert.

Es an dieser Stelle erwähnt, dass in den Liguren 1 bis 8 verschiedene Ausführungsvarianten des Gleitlagerelementes 1 gezeigt sind, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird dazu auf die detaillierte Beschreibung der jeweiligen (anderen) Ligur(en) hingewiesen bzw. darauf Bezug genommen.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes 1, die in den Lig. 5 und 6 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, die Sensorschicht 6 mit einer Energieerzeugungseinrich tung 21 verbunden ist. Mithilfe dieser Energieerzeugungseinrichtung 21 ist es möglich, den zumindest einen Sensor, d.h. die Sensorschicht 21 autark mit elektrischer Energie zu versor gen, sodass also hierfür keine kabelgebundenen Anschlüsse des Gleitlagerelementes 1 nach außen erforderlich sind.

Die zumindest eine Energieerzeugungseinrichtung 21 (es können auch mehr als eine Energie erzeugungseinrichtung 21 angeordnet sein) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des Gleitlagers im bzw. auf dem zumindest einen Gleitlagerelement 1 angeordnet, beispielsweise in einer Ausnehmung 22 im Gleitlagerelement 1, wie dies aus Lig. 6 ersichtlich ist, die ein Detail des Gleitlagers nach Lig. 5 zeigt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese konkret dargestellte Anordnung der Energieerzeugungseinrichtung 21 keinerlei beschränkenden Cha rakter hat, sondern lediglich der Erläuterung der Erfindung dient. Konstruktiv kann die An ordnung auch anders gelöst sein.

Die Energieerzeugungseinrichtung 21 weist zumindest ein Piezoelement 23 auf, das in Fig. 6 dargestellt ist. Je nach benötigter Energiemenge kann auch mehr als ein Piezoelement 23 in der Gleitlageranordnung 1 zur Erzeugung von elektrischer Energie angeordnet sein, beispiels weise in Form eines Piezoelementpaketes.

Das zumindest eine Piezoelement 23 kann auch als Multilayer-Stapel, d.h. ein mehrlagiges Piezoelement 23 mit mehreren übereinander angeordneten piezoelektrischen Elementen, aus geführt sein.

Das Piezoelement 23 kann eine beliebige Querschnittsform aufweisen, beispielsweise eine kreisrunde oder eine viereckige, wie z.B. eine quadratische.

Dieses Piezoelement 23 kann auf Druck vorgespannt angeordnet sein. Dazu kann, wie in Fig. 6 dargestellt, ein Druckbalken 24 auf dem Piezoelement 23 aufliegend angeordnet sein. Der Druckbalken 24 kann über zwei Schauben 25 befestigt sein.

Alternativ kann vorgesehen sein, wie dies Fig. 7 zeigt, dass oberhalb des Piezoelementes 23 eine Einstellschraube 26 angeordnet ist, mit deren Verstellung eine Veränderung des auf das Piezoelement 23 einwirkenden Druckes vorgenommen werden kann.

Prinzipiell kann das zumindest eine Piezoelement 23 auch anderes auf Druck vorgespannt werden, beispielsweise mittels eines Federelements, etc.

Bevorzugt wird das zumindest eine Piezoelement 23 durch die Vorspannung nicht verdreht, d.h. dass die beiden Stirnflächen (obere und untere Stirnfläche) des Piezoelementes 23 durch die Verspannung nicht entlang der Längsmittelachse durch das Piezoelement 23 gegeneinan der verdreht werden. Bei der beschriebenen Anordnung der Vorspannung ist das Piezoelement 23 freistehend auf bzw. in dem Gleitlagerelement 1 angeordnet, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Es besteht je doch auch die Möglichkeit, dass das Piezoelement 23 in einer Ausnehmung angeordnet wird, die hinsichtlich Größe und Form des Querschnitts dem des Piezoelementes 23 entspricht, so- dass dieses in die Ausnehmung eingeschoben werden kann und in diese Ausnehmung auch noch seitlich gestützt bzw. geführt werden kann.

Nur der Vollständigkeit halber sein darauf hingewiesen, dass auf die Wiedergabe der Funkti onsweise eines Piezoelementes verzichtet wird, da diese ausführlich in der Literatur beschrie ben ist und dem Fachmann auch bekannt ist.

Das zumindest eine Piezoelement 8 kann unter einem Druck vorgespannt sein, der ausgewählt ist aus einem Bereich von 5 MPa bis 50 MPa, insbesondere von 5 MPa bis 30 MPa.

Das zumindest eine Piezoelement 23 kann beispielsweis aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder Bariumtitanat bestehen. Es sind aber auch andere piezoelektrische Werkstoffe einsetzbar.

Die Energieerzeugungseinrichtung 21 kann auch durch andere Elemente gebildet sein, bei spielsweise eine induktive Energieversorgungseinrichtung 21 oder eine Energieerzeugungs einrichtung 21 die den Seebeck-Effekt nutzt.

Es ist weiter gemäß einer anderen Ausführungsvariante des Gleitlagerelementes 1 möglich, dass die Sensorschicht 6 mit einer Datenübertragungseinrichtung 27 verbunden ist, die im o- der am Gleitlagerelement 1 angeordnet ist, wie dies in Fig. 5 ebenfalls schematisch dargestellt ist. Bevorzugt ist die Datenübertragungseinrichtung 27zur drahtlosen Datenübertragung aus gebildet, beispielsweise über Bluetooth und/oder Zygbee und/oder Wlan und/oder LoWPAN und/oder ZigBee und/oder ANT/ANT, etc. Gegebenenfalls kann die Datenübertragungsein richtung 27 ebenfalls von der Energieerzeugungseinrichtung 21 mit elektrischer Energie ver sorgt werden.

Bevorzugt wird die aus voranstehenden Gründen eine Vierleitermessmethode angewandt, bei spielsweise in Form einer Wheatstone-Brücke. Es kann aber auch ein anderes Verfahren ange wandt werden, z.B. ein Konstantstromverfahren. Um nicht mit dem Messergebnis an sich im Zusammenhang stehende Temperatureinflüsse auf die Messung ausgleichen zu können, besteht nach einer weiteren Ausführungsvariante die Möglichkeit, dass die Sensorschicht 6 eine zusätzliche Leiterschleife 28 für die Temperatur kompensation bei der Messung aufweist, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Fig. 9 zeigt eine Ausführung eines Gleitlagers in Form eines Pleuels. Diese Pleuel weist eine Pleuelschaft 29 auf, der einen Teil des großen Pleuelauges und damit einen Teil der Lagerauf nahme 17 bildet. Auf und/oder zumindest teilweise in dem Pleuelschaft und/oder auf und/oder zumindest teilweise in der Lageraufnahme 17 kann eine Telemetrie- Vorrichtung bzw. Be standteile hiervon, wie z.B. die Datenübertragungseinrichtung 27, die Energieerzeugungsein richtung 21, ein Mikroprozessor 30, ein Analog-Digital- Wandler 31, etc. angeordnet sein.

Es ist aber auch möglich, dass nach einer anderen Ausführungsvariante des Gleitlagerelemen tes 1 vorgesehen ist, dass an der radialen Stirnfläche 12 des Gleitlagerelementes 1 zumindest eine Vertiefung 32 ausgebildet ist, die sich von dort in den Lagerrücken erstreckt, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. In dieser Vertiefung 32 kann zumindest ein Teil der Telemetrie-Vorrich tung angeordnet sein, wie beispielswies der Mikroprozessor 30 (Fig. 8).

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinan der möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Gleitlagerelementes 1 bzw. des Gleitlagers diese nicht zwingenderweise maß stäblich dargestellt sind. Bezugszeichenaufs t e 11 u n g

Gleitlagerelement 31 Mikroprozessor

Schicht 32 Vertiefung

Mes svorrichtung

Gleitschicht

Isolierschicht

Sensorschicht

Isolierschicht

Lagermetallschicht

Schichtdicke

Schichtdicke

Leiterbahn

Stirnfläche

Stirnfläche

Stützschicht

Kontakt

Durchbruch

Lageraufnahme

Oberfläche

Kontakt

Trennfläche

Energieerzeugungseinrichtung

Ausnehmung

Piezoelement

Druckbalken

Schraube

Einstellschraube

Datenübertragungseinrichtung

Leiterschleife

Pleuelschaft

Analog-Digital- W andler