Behebung von Motorlager-Ermüdungsausfällen mit silberbasierten Materialien

Oct 03, 2023

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Motorlagern ist die Dauerfestigkeit. Ermüdungsrisse beginnen an der Oberfläche und dringen dann in das Material ein. Alle Schichten eines mehrschichtigen Lagermaterials müssen eine Ermüdungsfestigkeit aufweisen, die größer ist als die tatsächlich auf das Lager ausgeübte Belastung.

Motorlager müssen in einem vollständig hydrodynamischen Ölfilmregime arbeiten, um zu überleben. Der Lagerbetrieb in hochbelasteten Rennmotoren ist durch einen ultradünnen Ölfilm und häufigen direkten Kontakt zwischen Lager- und Zapfenoberflächen gekennzeichnet. Ohne das richtige Ölspiel und die richtige Ölviskosität können Lager aufgrund von Ölmangel und eventuellem Fressen ausfallen. Auch die Ermüdung des Lagermaterials kann zum Ausfall von Lagern führen. Bei Überlastung der Lagermaterialien kommt es zur Ermüdung. Die heutigen Erstausrüster- und maßgeschneiderten Rennmotoren leisten mehr PS als je zuvor. Sie erfordern Lagermaterialien, die aufgrund der gängigen Turboaufladung und Superaufladung eine höhere Belastung aufnehmen können. Aufgrund der zunehmenden Lagerbelastung reicht die Ölfilmdicke möglicherweise nicht aus, um einen Metall-auf-Metall-Kontakt zwischen Lager- und Zapfenoberflächen zu verhindern. Eine weitere Herausforderung hochbelasteter Motoren ist die unzureichende Steifigkeit ihrer Kurbelwellen und Gehäuse. Kurbelwellen verbiegen sich unter Belastung. Ihre Zapfenoberflächen werden nicht parallel zu den Lageroberflächen. Dies führt zu lokalen Unterbrechungen der hydrodynamischen Schmierung und Kantenverschleiß. Eine Überlastung der Lager kann dazu führen, dass die geschichteten Materialien reißen und sich von ihren jeweiligen Stahlrücken lösen. Die abgetrennten Lagermaterialpartikel zerstören den dringend benötigten Ölfilm und verursachen Schäden sowohl an den Lager- als auch an den Kurbelwellenzapfenoberflächen.

Die Lösung für dieses Problem besteht darin, stärkere Lager für den Einsatz in diesen leistungsstarken Rennmotoren zu bauen, insbesondere in Diesel-Rennmotoren (Diesel Performance-Anwendungen für PowerStroke, Cummins und Duramax, Sport Compact-Anwendungen für BMW, Audi und Toyota Supra, um nur einige zu nennen). Alkoholmotoren mit hohem Verdichtungsverhältnis (Sprint Car), die einen hohen Druck in den Zylindern erzeugen.

King Bearings hat sich verstärkt und dem Bedarf an stärkeren Lagern Rechnung getragen, um höheren Verbrennungsdrücken und höherer Leistung standzuhalten. Eines der stärkeren von King entwickelten Materialien sind die Lager der Serien SV (unbeschichtet) / GPC (beschichtet). Die SV-Serie von King besteht aus einer einzigartigen Tri-Metall-Konstruktion, die 30 % mehr Belastung aushält als jedes andere auf dem Markt erhältliche Lager. SV verfügt über eine spezielle Rückseite aus hochfestem Stahl, eine zweite Schicht aus bleifreier Bronze mit hohem Zinngehalt (die speziell für extreme Belastbarkeit entwickelt wurde) und eine galvanisierte Silbermatrixauflage, die als Gleitschicht dient.

Das GPC-Material entsteht durch Auftragen einer einzigartig formulierten K-340-Nanopolymerbeschichtung auf die SV-Konstruktion ohne zusätzliche Dicke. K-340-Beschichtung mit hervorragenden Gleiteigenschaften (Anpassungsfähigkeit, Einbettbarkeit und Fressfestigkeit). Die K-340 ist eine starke Beschichtung, die außergewöhnliche Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit bietet. Es wurde für die Anwendung auf relativ harten Substraten entwickelt: Bronze, Aluminiumlegierungen, Sputter-Overlay und King-Silber-Overlay. Die Härte der Beschichtung beträgt etwa 46 HV und ist damit härter als die der meisten Aluminium-Lagerlegierungen. Die Beschichtung kann unter Lasten von bis zu 17.400 psi (120 MPa) in Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, turbogeladenen Benzinmotoren und Alkoholmotoren betrieben werden.

Wie andere King-Beschichtungen schützt die GPC-Beschichtung vor Ölmangel und Metall-auf-Metall-Kontakt.

Das Design und die einzigartigen Materialien der King GPC-Lager ermöglichen den Betrieb unter gemischten (teilweise hydrodynamischen) Schmierungsbedingungen und extrem hoher Belastbarkeit bei gleichzeitig hervorragender Anpassungsfähigkeit.