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Verfahren zur Herstellung poröser Gleitkörper und danach hergestellte Lagerschale.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten porösen Gleitkörpern, insbesondere Lagerschalen und Dichtungsringen.
Poröse, gesinterte und mit 01 gefüllte Gleitkörper, insbesondere solche, zu deren Herstellung verhältnismässig grobe unporöse Eisenkörnchen verwendet wurden, sind bereits bekannt. Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Festigkeits-und Gleiteigensehaften soleher Gleitkörper, eine Verbilligung des Ausgangsmaterials unter Vermeidung teurer Rohstoffe und eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens.
Gemäss der Erfindung geschieht die Herstellung der Gleitkörper in der Weise, dass relativ grobgekörnte poröse Eisenteilchen unmittelbar miteinander versintert werden unter Vermeidung von zusätzlichen, diese Teilchen verklebenden oder verlötenden Stoffen.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, zur Herstellung von Lagern feinpulverisiertes aus Oxydpulvern hergestelltes Schwammeisen grosser Reinheit mit Kupfer od. dgl. zu verlöten, wobei be- trächtliche Lotmetallanteile beigegeben wurden. Das erfindungsgemässe Verfahren, bei welchem grobgekörnte aus Eisenschwamm hergestellte Teilchen unmittelbar miteinander versintert werden, ohne dass Lotmittel erforderlich wären, ermöglicht demgegenüber die Herstellung von Gleitkörpern mit wesentlich besseren Eigenschaften bei erheblich geringerem wirtschaftlichem Aufwand. Die Beigabe von Lotmitteln bedingt einen erheblichen Aufwand an wertvollen Metallen sowie eine sehr innige Mischung dieser Lotmetalle mit dem Eisenpulver.
Abgesehen von dem hiedurch bedingten wirtschaftlichen Mehraufwand wird bei der Mischung des Eisens mit dem Lotmittel das Eisen, soweit es nicht ohnehin schon sehr fein ist, einer Feinpulverung unterworfen. Das Lotmetallpulver muss seinerseits schon mit Rücksicht auf gleichmässige Verteilung ebenfalls extrem fein sein. Das erhaltene Gemisch ist so fein, dass es sehr oxydationsanfällig ist. Erfindungsgemäss wird nun bewusst die Verbindung der Eisenschwammkörper durch Lotmittel vermieden und das Herstellungsverfahren so durchgeführt, dass verhältnismässig grobe Partikel verpresst und direkt miteinander versintert werden. Es hat sich gezeigt, dass hiedurch die Verarbeitung, insbesondere die Verpressung, erleichtert wird und gleichzeitig die Festigkeit und insbesondere die Gleiteigenschaften verbessert werden.
Die für die Herstellungkosten ins Gewicht fallende Formabnutzung wird verringert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Schwinden des erfindungsgemäss hergestellten Materials sehr gering und fast vernachlässigbar ist, im Gegensatz zu dem erheblichen Schwinden bei der bisherigen Herstellungsart. Durch den Fortfall des Mischprozesses wird ein kostspieliger Arbeitsgang gespart und eine Feinpulverisierung des Ausgangspulvers vermieden. Wegen der verhältnismässigen Grobheit der Teilchen kann sich die Pressform nicht wie bei dem bisherigen Pulver verkeilen und die Teilchen haften beim Pressen besser zusammen.
Die in hohem Grade saugfähigen Eisenschwammkörnchen bleiben in ihrer Porosität voll erhalten, um so mehr als die groben Eisenschwammteilchen bereits bei verhältnismässig niedrigen Drucken zu Körpern verpresst werden können, die den für die Weiterverarbeitung erforderlichen Zusammenhalt besitzen.
Vergleichsversuche haben gezeigt, dass die Belastbarkeit des so hergestellten und einmalig mit einem Schmiermittel durchtränkten Lagers sowohl in Bezug auf Flächendrücke als auch in Bezug auf Umfangsgeschwindigkeit und Wärmeentwicklung ganz erheblich günstiger ist als bei den bisherigen
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porösen Lagern, u. zw. in solchem Grade, dass derartige selbstschmierende Lager nicht nur gleichwertig, sondern besser sind als massive in üblicher Weise geschmierte Lager, was bisher für unmöglich gehalten wurde. Wird ein solches erfindungsgemässes Lager ausserdem zusätzlich mit Öl geschmiert, so ergibt sich eine weitere erhebliche Überlegenheit der Lagereigenschaften gegenüber den bekannten Lagern mit massiven Lagerschalen.
Als Ausgangsmaterial können erfindungsgemäss billige Eisenschwammbrocken (beispielsweise schwedischer Eisensehwamm) verwendet werden, die nach bekannten hüttenteehnisehen Verfahren aus Eisenerz reduziert sind und noch bis zu 5% Verunreinigungen enthalten können. Eine beispiels-
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<tb> Felsen)........................................... <SEP> Hö'a-Ho'ö <SEP> %
<tb> S <SEP> (Sehwefel) <SEP> max. <SEP> 0#015 <SEP> %
<tb> P <SEP> (Phosphor) <SEP> max. <SEP> 0#016 <SEP> #
<tb> C <SEP> (Kohlenstoff) <SEP> 0-3-0-5 <SEP> %
<tb> 0 <SEP> (Sauerstoff) <SEP> 1 <SEP> -2 <SEP> %
<tb> V <SEP> (Vanadium) <SEP> 0-10-0-15 <SEP> %
<tb> Bergarten............................................
<SEP> 1-5-2 <SEP> %
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mittleren Grösse von etwa l mm. Die Zusammensetzung der Pressmasse hinsichtlich der verschiedenen Korngrössen wird zweckmässig so gewählt, dass diese ein Schüttgewicht von nicht wesentlich über 1, bzw. ein Schüttvolumen vom etwa 4-5-fachen Betrage des Endvolumens des Presskörpers besitzt.
Bei Einhaltung dieser Werte ergibt sich ein guter Zusammenhalt beim Pressen ohne Anwendung hoher, den Sehwammcharakter der Masse zerstörender Drucke.
Die Herstellung wird insbesondere hinsichtlich des Pressdruckes und der Füllhöhe zweckmässig so geleitet, dass der fertige Formkörper ein spezifisches Gewicht von etwa 4-5 erhält. Der Druck soll im allgemeinen nicht unter eine Tonne je cm2 betragen.
Bei Herstellung der Presslinge wird zweckmässig in an sich bekannter Weise von mehreren Seiten wirkender Druck angewendet, wodurch eine gleichmässige Dichte erzielt wird. Beispielsweise wird eine Pressform mit beweglichem Ober-und Unterstempel verwendet. Man kann auch, besonders bei der Herstellung von stabartigen Körpern, in der Weise vorgehen, dass das Ausgangsmaterial in einem Gummisehlauch od. dgl. in ein flüssiges Medium gebracht und dieses einem hohen hydraulischen Druck ausgesetzt wird, der beispielsweise 0'1 bis 10 Tonnen/, vorzugsweise etwa 2 Tonnen/eN betragen kann. Man kann dadurch ohne Schwierigkeit in einfachster Weise lange Stangen, Rohre u. dgl. herstellen, was nach dem üblichen Pressverfahren nicht bzw. nur mit sehr grossen Schwierigkeiten möglich wäre.
Die Versinterung geschieht vorteilhaft bei Temperaturen von etwa 12000 C in einer Wasser- stoff- oder Stickstoffatmosphäre bei einer Sinterzeit von einer halben bis einer Stunde oder noch kürzerer Sinterzeit.
In vielen Fällen empfiehlt es sich, die Gleitkörper mit einer Buchse aus massivem Material baulich zu vereinigen. Hiedurch können gleichzeitig zusätzliche Hohlräume für die Aufnahme von Schmiermitteln geschaffen werden, deren Begrenzungswände teilweise durch die porösen Gleitkörper gebildet werden, so dass ein ständiges Nachsaugen von Schmiermittel erfolgen kann. Die massive Buchse erhöht ferner die Festigkeit des Lagers und gestattet die Verwendung verhältnismässig dünnwandiger oder sehr stark poröser Eisenschwammfutter, die überdies zu mehreren in einer solehen massiven Metallbuchse vereinigt werden können. Die so hergestellten Formteile werden dann gegebenenfalls unter Vakuum mit 01 oder andern geeigneten insbesondere wachsartigen, bei Raumtemperatur festen Schmiermitteln, wie Wachs, Paraffin u. dgl., getränkt.
Es können auch schon vor dem Pressen wärmefeste Schmiermittel, wie Graphit, Talkum u. dgl., beigegeben werden.
Verschiedene Ausführungsformen von Gleitkörpern nach der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Struktur des Lagermaterials nach der Erfindung, Fig. 2 zeigt schaubildlich die Gleiteigenschaften bzw. die Erwärmung verschiedenartiger Lagerwerkstoffe bei hoher Belastung in Abhängigkeit von der Laufzeit, Fig. 3 zeigt eine Lageranordnung im Querschnitt, Fig. 4 zeigt das gleiche Lager im Längsschnitt, Fig. 5 stellt eine aus mehreren Teilen hergestellte längere Lagerbuchse dar, Fig. 6 stellt eine ebensolche längere Buchse dar, jedoch unter Verwendung eines verbindenden Halterohres, Fig. 7 stellt einen Querschnitt des Lagers gemäss Fig. 6 dar, wobei die beiden Hälften links und rechts der Mittellinie verschiedene konstruktive Lösungen zeigen.
Gemäss Fig. 1 sind die Eisenschwammkörnchen, welche durch die Pressung flächenartig auf nahezu ihrer gesamten Oberfläche in enger Berührung miteinander stehen, an sämtlichen Berührungsflächen miteinander direkt versintert,
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In Fig. 2 sind die Gleiteigenschaften verschiedener Lager einander gegenübergestellt, u. zw. zeigt das Schaubild die Temperatursteigerungen in Abhängigkeit von der Laufzeit unter besonders schwierigen Betriebsbedingungen, nämlich einer Flächenpressung von 150 /e und einer Umfangs- geschwindigkeit von 3'2 mlsee, bei unrunder, weicher und schlagender Welle gemessen.
Kurve j ! zeigt normale Phosphorbronze (geschmiert), Kurve 2 Weissmetall (geschmiert), Kurve 3 poröses selbstschmierendes Bronzelager, Kurve 4 Lager aus Eisenschwamm mit Kupfer verlötet (selbstschmierend), Kurve 5 Eisenschwamm erfindungsgemäss ohne Lot versintert (selbstschmierend).
Man erkennt, dass sämtliche andern Lager (Kurven 1-4) den schweren Betriebsbedingungen nicht gewachsen sind und nach kurzer Zeit unter beträchtlicher Temperaturerhöhung auslaufen bzw. sich festfressen, während der erfindungsgemässe Werkstoff (Kurve 5) nach kurzer Einlaufzeit eine konstante, verhältnismässig niedrige Temperatur annimmt und diese im Dauerbetrieb beibehält. Das
Schaubild zeigt, dass die erfindungsgemässe Lagerschale vor allem für schwerste Betriebsbedingungen grosse Vorteile gegenüber allen andern Lagerstoffen besitzt, wobei überdies zu berücksichtigen ist, dass das Lager nicht geschmiert zu werden braucht. Wie der Versuch ergeben hat, schadet sogar die "Schmierung" des erfindungsgemässen Lagers mit verhältnismässig grobem Quarzpulver dem Lager nicht.
Die Quarzkörner drücken sich vielmehr in die Poren des Eisenschwammes ein und das Lager ist nach kurzer Zeit wieder völlig eingelaufen.
Gemäss Fig. 3 und 4 ist eine polierte Stahl-oder Eisenwelle 1 in der Lagerbuchse 2 angeordnet.
Die Lagerbuchse 2, die gemäss vorliegender Erfindung hergestellt wurde, ist von einer innen mit vorzugsweise spiralförmigen Rillen 3 versehenen Buchse 4 umgeben. In die Rillen 3 kann mittels des Oleinflusses 5 ein Schmiermittel eingepresst werden, das auf diese Weise in das poröse Lager 2 gelangt und so eine unausgesetzte Schmierung herbeiführt. Zweckmässig ist die ganze Anordnung in einen stabilen Lagerrahmen 6 eingebaut, der seinerseits in passender Weise zur Halterung des Ganzen dient.
Fig. 5 zeigt ein Lager, welches seiner Länge wegen aus mehreren Teilen 7 besteht, welche zweckmässig durch entsprechende Ansätze 8 gegeneinander zentriert sind. Die Zusammensetzung des Lagers aus mehreren Teilen bietet den Vorteil, dass nur kurze, leicht herzustellende Presslinge fabriziert zu werden brauchen. Bei längeren Presslingen ergeben sich infolge des Druckabfalles in der Form leicht Ungleichmässigkeiten in der Dichte und sonstige Schwierigkeiten. Die Vereinigung der Teile kann entweder vor der Sinterung durch Zusammenpressen der bereits vorgepressten Teilstücke in einer Pressform und gemeinsame Versinterung oder durch Verlöten der fertiggesinterten Einzelteile erfolgen.
Für besonders starke mechanische Beanspruchungen kann man auch gemäss Fig. 6 mehrere glatte Teilringe 9, welche fertiggesintert sind, in ein Stahlrohr 10 einpressen bzw. einschrauben und mit diesem gegebenenfalls noch zusätzlich verlöten, nachdem beispielsweise das Stahlrohr verkupfert wurde. Man kann in diesem Falle sowohl die Wandungen der Lagerbuchsen selbst als auch die Wand- 'stärke des Stahlrohres verhältnismässig dünnhalten und erzielt trotzdem eine hohe mechanische
Festigkeit. Man kann gemäss der rechten Hälfte der Fig. 7 in axialer oder nahezu axialer Richtung leicht spiralige vorspringende Leisten 15 vorsehen ; diese begünstigen die Befestigung der Lagerfutter- teile, welche unter einem gewissen Druck eingepresst werden, wobei sich die Vorsprünge 15 in die Lager- futterteile eindrücken.
Eine Verlötung wird sich so in den meisten Fällen erübrigen. Man kann aber auch alternativ oder zusätzlich ein miteinander kommunizierendes Nutensystem vorsehen, welches den Zweck hat, dem Lager neues Öl zuzuführen, wie in Fig. 6 und Fig. 7 linke Hälfte dargestellt.
Die spiraligen bzw. gewindeartigen Quernuten 11 und die Längsnuten 13 bilden ein Ölverteilungs- netz, so dass jede Lagerstelle durch das poröse Futter 9 hindurch Öl erhält, welches so gleichzeitig eine
Filtrierung erfährt. Die Ölzuführung kann durch eine oder mehrere Bohrungen 12 erfolgen.
Um den Ölverbraueh des Lagers möglichst klein zu halten, empfiehlt es sich, die Poren der nicht als Schmierflächen wirkenden Oberflächen der Lagerbuchse durch geeignete Mittel zu verschliessen, so dass das Öl an diesen Flächen nicht austreten kann. Dies kann erfolgen durch Verlöten (Verzinnen), Überstreichen mit Kupferoxyd oder pulverisiertem Kupfer (z. B. vor dem Versintern) oder eine andere
Metallsalzlösung d. dgl., die durch Ausfällung des Metalls die Poren verschliesst. Auch durch Über- ziehen mit Lacken, insbesondere Kunstharzlacken, können die Poren verschlossen werden. Ebenfalls empfiehlt es sich, an den Rändern oder auch teilweise im Innern der Schmierflächen Rillen bzw.
Nuten vorzusehen, die dazu dienen, die bei der Erwärmung austretenden Ölmengen aufzunehmen und bei
Erkaltung des Lagers wieder infolge Wirkung des äusseren Luftdruckes in das poröse Werkstoffinnere abzugeben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung poröser Gleitkörper, beispielsweise Lagerschalen, Dichtungsringe od. dgl., aus unter Druck miteinander verfestigten und versinterten Eisenkörnchen, dadurch gekennzeichnet, dass als Presspulver poröse Eisenschwammkörner mit einem Schüttgewicht von etwa 1'25 verwendet werden und dieses Pulver in der Weise verpresst und versintert wird, dass ein Pressling mit einem spezifischen Gewicht von etwa 5 entsteht.