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Verfahren zur Herstellung von Formstücken für selbstschmierende Lager.
Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von im Wesen aus Metall bestehenden selbstschmierenden Lagern für verschiedenartige Verwendungszwecke.
Es liegen nach verschiedenen Richtungen hin Versuche vor, selbstschmierende Lager aus Metall herzustellen. Vor allem hat man feine Metallpulver mit Graphit geschmiert, zusammengepresst und zusammengesintert. Man ging im Wesen nach den Grundsätzen vor, nach welchen metallische Dynamobürsten erzeugt wurden. Dabei übersah man aber, dass die Dynamobürste einen Körper bildet, den man absichtlich verschleissen lässt, um andere Maschinenteile vor dem Verschleiss zu bewahren. Der Graphit ist hier als Schmiermittel verwendbar, weil auch die Metallteilchen, zwischen welchen der Graphit eingelagert ist, der Abnutzung unterliegen und dadurch immer wieder neue Graphitteilchen freigelegt werden.
Bei einem Lager muss aber streng darauf gesehen werden, dass der Verschleiss nach Möglichkeit vermieden wird, weil sonst die Lagerwelle locker wird und dadurch verschiedene Schäden auftreten.
Der Aufbau eines Lagers entsprechend dem einer Dynamobürste hat daher nicht die gewünschten Ergebnisse geliefert.
Ähnlich wie bei Dynamobürsten suchte man auch die Lager aus möglichst feinem Pulver zu pressen. Man erhielt dadurch sehr feine Kapillaren zwischen den Pulverteiluhen für die Aufnahme von Öl. Trotzdem kam man mit solchen Lagern ohne weitere Zufuhr von Schmieröl nicht aus, wenn man diese längere Zeit in Betrieb halten wollte.
Solche Lager besitzen aber auch noch den Nachteil, dass ihre mechanische Festigkeit verhältnis- mässig gering ist, da sie aus übermässig vielen Einzelteilen bestehen, die zwar an ihren Berührung- stellen miteinander zusammengesintert sind, infolge ihrer Kleinheit aber ein Gefüge geringer Festigkeit bilden. Ausserdem befinden sich zwischen den einzelnen Metallteilchen auch noch die Graphitpulverteile, die eine Lockerung des ganzen Gefüges herbeiführen.
Gemäss der Erfindung gelingt es, im Gegensatz hiezu Lager herzustellen, die eine sehr hohe
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des Lagers an die Lauffläche gelangen kann. Von Wichtigkeit ist die Grössenordnung der Poren und Kanäle in der Lagerschale. Je feiner Kanäle und Poren sind, um so grösser ist deren Kapillarwirkung.
Versuche haben gezeigt, dass bei Lagern der früher erwähnten Art, die aus sehr feinem Pulver hergestellt sind, Störungserscheinungen gerade deshalb auftreten, weil die Kapillarkräfte so gross sind, dass sie das Öl nicht in genügenden Mengen an die Gleitflächen herantreten lassen.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, durch Auswahl feinerer oder gröberer Pulverteile die Eigenschaften von Presskörpern abzuändern und diese verschiedenen Verwendungszwecken zuzuführen, ohne aber die besonderen Bedingungen, die gerade bei Lagern gegeben sind, zu untersuchen.
Der Fortschritt der vorliegenden Erfindung beruht demgegenüber in der Erkenntnis, dass man gerade durch die Ausgestaltung der Poren bei selbstschmierenden Lagern erhebliche Vorteile mit Rücksicht auf den Schmiereffekt und die Möglichkeit, die Lager im Dauerbetriebe zu halten, erreicht. Die Erkenntnis, dass man die Saugkraft der Poren auf die Saugkraft der umlaufenden Welle abstimmen muss, ist hier von ausschlaggebender Bedeutung. Es wird auf diese Weise einerseits eine richtige Schmierung der Welle erhalten, anderseits aber das Abtropfen oder Abschleudern des Schmiermittels verhindert. Diese Erkenntnis ist neu. Die praktische Ausführung solcher Lagerkörper bedingt die Be-
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nutzung bestimmter Korngrössen des Ausgangsmaterials, da es sonst nicht gelingt, Pqrn'in den erforder- lichen Abmessungen herzustellen.
Durch die Bewegung der Welle und Anpassung an das Lagerstück wird eine Saugwirkung auf
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Sie ergeben gewissermassen. eine selbsttätige Regelung des Schmiervorganges. Tritt eine Erwärmung an den Gleitstellen auf, wird das Schmiermittel dünnflüssiger und daher in grosséren Mengen abgegeben. Bei Abkühlung des Lagers, also insbesondere bei Stillstand der Maschine, wird das Schmiermittel wieder rückwärts von der Lagerschale augesaugt.
Will man ausserdem noch die vorteilhaften Wirkungen des Graphits, insbesondere des kolloidalen Graphits für den Betrieb des Lagers ausnutzen, wählt man für die Füllung der Lager graphithaltige Scharniermittel.
Zur Erreichung der angegebenen Ziele werden erfindungsgemäss für den Aufbau des Lagermetalls
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stücke erhaltene. Pulver. Besonders günstig sind scharfkantige oder fetzenartige Körnchen. Innerhalb der angegebenen Grenzen können bestimmte Körnungen bevorzugt werden, z. B. solche, die durch Siebe von 14 bis 576 Mascheji/eN oder solche, die durch Siebe von 64 bis 400 Maschen/cm hindureh-
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enthalten, wenn diese nicht in zu grosser Anzahl vorbanden sind.
'Durch dieses verhältnismässig grobe Ausgangsmaterial bilden sich beim Zusammenpressen der Formstücke Poren und Kanäle der gewünschten Grössenordnung. Man kann die Formstücke entweder warm oder kalt pressen und das'Zusammensintern der Metallteilchen nachher durch. Erwärmen im Ofenherbeiführen.
Für das erfindungsgemässe Verfahren können alle Legierungen und Metalle verwendet werden, die sonst für die Herstellung von Lagern benutzt werden, also insbesondere Kupfer, Zinn, Zink,
Bronze u. dgl. Der anzuwendende pressdruck richtet sich im einzelnen nach Art und Beschaffenheit des Ausgangsmaterials und nach der beim Pressen benutzten Temperatur. Es wird so stark gepresst, dass gut zusammenhängende Formstücke entstehen ; doch darf der Pressdruck nicht so weit gesteigert werden, dass verhältnismässig massive Klötze mit so engen Poren gebildet werden, dass die Abgabe von Schmiermittel i. n ausreichender Menge gehindert wird. Die Poren müssen jedenfalls in einer Grössen- ordnung, bleiben, dass man. sie nach Fertigstellung und Bearbeitung des Formstückes deutlich, mit blossem Auge erkennen kann.
Der. günstigste Pressdruck lässt sieh für die verschiedenen Materialien durch Versuche von dem 'Fachmann feststellen, der gewohnt ist, Presslinge aus Pulver zu erzeugen. Die allgemein gültigen
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rungsbeispiel angegebenen Zahlen zu verweisen. Als Faustregel kann man annehmen, dass das spezifische Gewicht des Presslings zwischen 4 und 6 liegen soll.
Durch die Benutzung eines verhältnismässig groben Pulvers als Ausgangsmaterial ist im fertigen Formstüekdie Zahl der Bindestellen zwischen den einzehlnen Pulverteilchensehrerheblich herabgemindert ; die bestehenden Bindestellen sind aber, verglichen mit den früher benutzten feineren Pulvern, grösser
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Um die Bindung besonders wirksam zu gestalten, kann man noch besondere Massnahmen treffen, die das Zusammenschweissen oder Zusammensinterit der Pulverteile, während des Erwärmungsvorganges begünstigen, indem man für besondere Oberflächenreinheit der Pulverteile sorgt oder diese mit einem andern Metall, z. B. Zinn, Zink, überzieht, das die Oxydation des'darunter befindlichen Metalls verhindert.
Auch kann man, wenn man mit Beigaben von Zinn, Zink u. dgl. arbeitet, auf synthetischem Wege Legierungen zwischen den verschiedenen verwendeten Metallen erzeugen ; Besser als durch einfache Mischung gelingt dies, wenn man das schwerer schmelzbare Metall mit dem leichter schmelzbaren, also z. B. Kupfer mit Zinn, wie früher angegeben, überzieht.
So kann man beispielsweise besonders widerstandsfähige Bronzelager auf golgendem Wege herstellen. Das Kupferpulver wird zunächst mit einem Zinnüberzug versehen. Das kann z, B. in einfacher Weise in einer umlaufenden, ungefähr auf den Zinnschmelzpunkt. erwärmten Trommel geschehen.
Man setzt dem Kupferpulver etwa 10% Zinnpulver und diesem Gemenge noch etwas Salmiakpulvet
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zusammenbacken. Presst man dann aus dem so vorbereiteten Pulver auf kaltem Wege die Formlinge, so wird durch die vorhandene Zinnhaut bereits die Festigkeit des Presslings erhöht. Beim Erhitzen
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Bei längerem Erhitzen dringt das Zinn in das Kupfer hinein und bildet mit diesem Bronze. Dabei verschweissen die einzelnen Bronzeteilchen, so dass sie eine feste gegenseitige Bindung erhalten.
Es ist wichtig, dafür zu sorgen, dass die Erwärmung bei dem Sinterungs-bzw. Sehweissprozess nicht zu hoch getrieben wird, weil sonst das ganze Gebilde in sich zusammensackt und die Poren und Kanäle, auf die es gerade ankommt, übermässig verengt oder gar vernichtet werden. Man muss daher den Erwärmungsprozess so leiten, dass die Schmelztemperatur der entstehenden Legierung nicht erreicht oder gar überschritten wird. Andernfalls wird das Material zu weich und sackt in sieh zusammen.
Bei der Herstellung der Lagerkörper aus verschiedenen Metallen kann man dieser Gefahr dadurch begegnen und sogar höhere Temperaturen anwenden, wenn man den Erwärmungsprozess zu einem Zeitpunkt abbricht, in dem die schwerer schmelzbaren Metallteilchen, z. B. Kupferteilchen, sich erst zum Teil mit den leichter schmelzbaren Teilchen, z. B. den Zinnteilchen, legiert haben, so dass gewissermassen ein Kern des schwerer schmelzbaren Metalls bestehen bleibt, den die entstandene Legierung umschliesst. Der Zeitpunkt der Unterbrechung des Glühvorganges lässt sich leicht durch Versuche feststellen.
Das Kupfer, das nämlich einen erheblich höheren Schmelzpunkt aufweist als seine Legierung mit dem Zinn, bildet dann, soweit es noch nicht mit diesem legiert ist, gewissermassen ein Gerüst, das die weicheren, schon entstandenen Bronzebestandteile stützt, so dass sie nicht zusammensacken können. Ob dieser Zustand erreicht ist, lässt sich ohne weiteres am Formkörper erkennen, wenn man an ihm eine saubere Schnittfläche erzeugt und diese unter dem Mikroskop betrachtet. Man sieht dann genau, wie weit noch Kupfer vorhanden bzw. wie weit die Bronzebildung vor sich gegangen ist.
Bei dieser Art des Verfahrens kann man mit Temperaturen arbeiten, die über dem Schmelzpunkt der Bronze liegen. Man erreicht so eine wesentliche Abkürzung der Herstellungszeit und gleichzeitig eine besonders gute Bindung zwischen den einzelnen Teilchen.
Die Formstücke werden praktisch so ausgeführt, dass sie möglichst genau die benötigte Gestalt aufweisen und nur noch geringer Nacharbeit bedürfen. Dabei ist zu beachten, dass bei der Bearbeitung, namentlich im letzten Arbeitsgang, die Poren des Materials nicht zugedrückt oder mit abgehobenem Material gefüllt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den letzten Span mit besonders hartem Material, Widiastahl oder noch besser mit einem Diamanten abzuheben oder auszubohren.
Ausführungsbeispiel : 100kg Kupferpulver von einer Körnung, die durch Siebe von 64 bis 400 Maschen/cm2 hindurchgeht, wird in einer umlaufenden Trommel mit 10 kg feinem Zinnpulver unter Zusatz von 1 kg Salmiakpulver gemischt und dabei auf etwa 250 C erwärmt.
Das abgekühlte und mit einer Zinnschicht überzogene Kupferpulver wird in eine Pressform geschüttet und unter einem Druck von 800 kg/cm2 zusammengepresst. Der Pressling wird dann in einem Ofen auf 9000 C erwärmt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, hierauf langsam erkalten gelassen. Nunmehr erfolgt die Bearbeitung des Formstückes auf Masshaltigkeit durch Drehen, Hobeln, Fräsen u. dgl. Der letzte Arbeitsgang wird mittels eines Widia-oder Diamantwerkzeuges durchgeführt. Das fertige Werkstück wird in üblicher Weise mit Fett getränkt und kann dann in die Maschine eingebaut werden.