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Verfahren zur Herstellung spannungsfreier Verbundlager
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung spannungsfreier Verbundlager mit einem aus
Weissmetall bestehenden vorgefertigten Gleitlagerkörper.
Zweistoff- und Mehrstoff-Verbundlager, z. B. nach Art der bekannten Weissmetall-Verbundlager, bestehend aus einem Lagergehäuse oder Stützkörper und einer Weissmetall-Gleitschicht, gehören seit lan- gem zum Stand der Technik. Ihre Herstellung erfolgt heute überwiegend mit Giessprozessen, bei denen das Weissmetall entweder in Standguss oder durch Schleuderguss in den Stützkörper unmittelbar eingebracht wird. Damit während des Giessens die notwendige Bindung zwischen den beiden artverschiedenen Werkstoffen erreicht wird, muss die Oberfläche des Stützkörpers, auf welche das Weissmetall aufgebracht werden soll, chemisch vorbehandelt und bei erhöhten Temperaturen verzinnt werden.
Nicht nur eine technisch einwandfreie Verzinnung, sondern auch die Herstellung einer guten Bindungsfestigkeit verlangt, dass der Stützkörper vor dem Guss erhitzt und zugleich durch eine ausreichende Giesstemperatur der Weissmetallschmelze dafür gesorgt wird, dass der Bindungsprozess vollständig vor sich gehen kann, d. h. in jedem beliebigen Flächenelement der Bindungsebene eine gute Bindungsfestig- keit erreicht wird. Die Güte der Bindung hängt wesentlich von dem Angebot an physikalischer Wärme ab. Sie wird von dem Grad der Vorwärmung der Stützschale, der Giesstemperatur und der Menge des vergossenen Metalles beeinflusst.
Es ist in der Praxis der Lagerherstellung seit langem bekannt, dass die Erfüllung dieser Forderungen eine Anzahl von Nachteilen mit sich bringt, die zwangsläufig mit den heute üblichen Giessverfahren verknüpft sind und Anlass zu einer hohen Ausschussquote geben können. In erster Linie sind hiefür thermisch bedingte Eigenspannungen verantwortlich. Sie treten besonders deshalb leicht in störendem Umfang auf, weil es bei der heutigen Fertigung üblich ist, das Gesamtsystem Stützschale-Weissmetall nach dem Guss mit Wasserbrausen von der Seite der Stützschale her beschleunigt abzukühlen.
Diese beschleunigte Abkühlung wird in der Praxis ausgeübt, damit der Weissmetallausguss ein feinkörniges Gefüge erhält und eine Entmischung in engen Grenzen gehalten wird ; bekanntlich werden ja die technologischen und metallurgischen Eigenschaften des Weissmetalles mit zunehmender Korngrösse und starker Entmischung verschlechtert. Die Bedeutung der Eigenspannungen für die Bindungsfestigkeit wird im übrigen stets dadurch erhöht, dass in der Bindungsebene im Zuge der Verzinnung und während des Vergiessens intermetallische, spröde Verbindungen entstehen.
Besonders bei Verbundlagern mit grossen Abmessungen ist es betriebsmässig schwierig, die Temperaturbedingungen so einzuhalten, dass mit einer optimalen Bindung gleichzeitig einguter Gefügebau und geringe Eigenspannungen verknüpft sind.
Ziel der Erfindung ist es, den fabrikationsmässig bedingten Nachteil erhöhter Eigenspannungen auf die Haltbarkeit des Lagerausgusses auszuschalten und gleichzeitig die hervorragend guten technologischen Eigenschaften des Weissmetall-Schleudergusses beizubehalten.
Im Schrifttum ist das Verkleben von Lagerwerkstoffen in dem Verbundsystem Stahl-Grauguss für Gleit-
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lagerzwecke schon erwähnt worden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Metallkombinationen mit wesentlich grösseren Unterschieden der Wärmeausdehnungsbeiwerte als sie das System Stahl-Grauguss auf- weist, bindungsfest zu verkleben. Da die zum Verkleben notwendigen Arbeitstemperaturen etwa 1500C nicht überschreiten, sind die im Vergleich mit der bis heute üblichen Giessfertigung entstehenden Eigen- spannungen vernachlässigbar.
Durch Verklebung hergestellte Verbundlager sind bisher in die Praxis nicht in nennenswertem Um- fang eingeführt worden. Vorzugsweise wurde die Verklebungstechnik bisher nur zu Reparaturzwecken ge- wählt. Demgemäss finden sich im Schrifttum auch keine konkreten Beispiele, in denen Verklebungen zwi- schen metallischen Stützschalen und Weissmetall-Legierungen erwähnt werden.
Die Anwendung der Schleudergusstechnik zur Formgebung von Büchsen und Rohren ist für Rotguss und
Blei-Zinn-Bronzen bekannt. Auf Weissmetalle ist sie aber bisher in der Praxis nicht angewendet worden, weil die Weissmetalle bei Raumtemperatur und mässig erhöhter Temperatur eine geringe Dauerstand- festigkeit besitzen. Sie verändern mit der Zeit unter dem Eigengewicht ihre Abmessungen, so dass sie in dieser Form technisch bisher nicht eingesetzt wurden.
Trotzdem wurde in der Schleudergusstechnik für Weissmetalle ein geeignetes Mittel erkannt, die
Gusseigenspannungen innerhalb des vorzugsweise dünnwandigen Weissmetallkörpers klein zu halten. Das gesonderte Schleudern des Gleitmetallkörpers kann nämlich im Vergleich zu der üblichen Schleuderguss-
Verbundfertigung bei erheblich geringeren Temperaturen und mit bedeutend kleineren Metallmassen aus- geführt werden, weil die mit dem flüssigen Lagermetall sonst zur Erzielung der Bindung aufzuwendende physikalische Wärme in diesem Fall nicht benötigt wird. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass die Schleu- dergussmaschine nun nicht mehr so stark dimensioniert zu sein braucht, wie es notwendig ist, wenn sie den meist schweren Stützkörper aufnehmen soll.
Das Schleudern des Weissmetallkörpers kann in einer leichten, dünnwandigen Kokille erfolgen, wo- mit dann noch der Vorteil verbunden ist, dass die Gefügebeeinflussung im Sinne einer immer erwünsch- ten Gefügeverbesserung, z. B durch Wasserkühlung durch die dünnwandige Kokillenwand hindurch. leichter möglich und besser erreichbar wird.
Dabei wird berücksichtigt, dass es bei beliebiger Länge und beliebigem Aussendurchmesser der geschleuderten, geteilten oder ungeteilten Weissmetallbüchse - je nach der Leistungsfähigkeit der benutzten Schleudergussmaschine - immer möglich ist, die Wanddicke so gering zu halten, dass die Büchse nach dem Erkalten spannungsfrei ist. Wie die Wanddicke für einen vorgegebenen Einzelfall einzustellen ist, lässt sich durch Versuche leicht ermitteln.
Das auf der Grundlage dieser Überlegungen und Erkenntnisse geschaffene Verfahren gemäss der Erfindung für die Herstellung spannungsfreier Verbundlager ist nun dadurch gekennzeichnet, dass der aus Weissmetall bestehende Gleitlagerkörper, insbesondere als Büchse, nach dem Schleudergussverfahren erzeugt und hierauf in an sich bekannter Weise in den Stützkörper eingeklebt wird.
Diese Methode der Verbundlagerherstellung in Teilschritten gestattet, im Gegensatz zu der direkten Herstellung im Verbundguss, erforderlichenfalls auch noch eine Temperbehandlung des Weissmetallkörpers zur Beseitigung von restlichen Gussspannungen vor seinem Verbinden mit dem Stützkörper.
Man könnte im Gegensatz zu der hier beanspruchten Schleudergussfertigung vorzugsweise dünnwandiger geteilter oder ungeteilter Weissmetallbüchsen daran denken, im Standgussverfahren einen entsprechenden dickwandigen Weissmetallhohlzylinder zu giessen, auf Passmass zu bearbeiten und in den Stützkörper einzukleben. Dieses Verfahren erweist sich im Rahmen der hier gestellten Aufgabe als sehr viel weniger wirksam, weil die bekannten technischen und physikalischen Vorteile des Weissmetall-Schleudergusses nicht vorhanden sind. Ausserdem ist das Standgussverfahren schwieriger ausführbar und unwirtschaftlicher als die erwähnte Fertigung durch Schleuderguss.
Aus der deutschen Patentschrift Nr. 21292 ist es bekannt, den Gleitlagerkörper in einem getrennten Arbeitsgang dadurch herzustellen, dass man Weissmetall auf einen Dorn aufspritzt und den dabei entstehenden Körper nach Abnahme vom Dorn im Stützkörper befestigt. Mit dem Spritzen ist zwangsläufig ein Fertigprodukt verbunden, das porös ist, einen geringen Festigkeitszusammenhalt der einzelnen aufgespritzten Metalltröpfchen untereinander aufweist und auch durch oxydische Bestandteile von derartig aufgespritzten Metallschichten, wie in der Technik bekannt, stark verunreinigt ist.
Diese Faktoren bewirken für die hier in Frage stehenden Weissmetall-Legierungen einen bemerkenswerten Qualitätsverlust. Das erfindungsgemässe Verfahren, welches grössere Dichte und grössere Reinheit, d. h. geringere Mengen an oxydischen Bestandteilen ergibt und daher die angeführten Nachteile vermeidet, ist somit dem bekannten Verfahren überlegen.
Bei der erfindungsgemässen Herstellung von Verbundlagern mit vorgeschleuderten Büchsen, die in un-
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geteilten Stützkörpern eingeordnet werden sollen, kann es von Vorteil sein, dem Weissmetallkörper die Form eines abgestumpften Hohlkegels zu geben. Daraus ergibt sich der klebetechnische Vorteil, dass eine grössere Passgenauigkeit in einem entsprechend vorbereiteten Stützkörper und eine gleichmässigere Dicke der Klebefuge gewährleistet werden können. Bei dieser Kombination beschränkt sich die vorbereitende spanabhebende Bearbeitung auf den Stützkörper, während die mit kegelförmiger Aussenfläche vorgeschleuderte Weissmetallbüchse auf der äusseren Oberfläche nicht mehr bearbeitet zu werden braucht.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignen sich im Prinzip alle aus der Metallklebetechnik bekannten Kleber. Besonders geeignet sind die Polymerisationsharze, insbesondere die Epoxydharze.
Folgendes Beispiel soll den Erfindungsgedanken, jedoch ohne jede Einschränkung, näher erläutern.
Beispiel : In einer Schleudergussmaschine wird ein Weissmetallhohlkörper mit kegelförmiger Aussenfläche hergestellt. Der Körper wird ohne spanabhebende Bearbeitung in den Stützkörper aus Stahlguss eingepasst. Unter Verwendung eines Epoxydharzklebers werden beide Teile miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine spannungsfreie, feste. Verbindung erzielt, deren Eigenschaften für die technische Verwendung des Lagers ausreichend sind.
Im Sinne des Erfindungsgedankens hergestellte Verbundlager mit Stahlguss als Stützkörper und einem geschleuderten Weissmetall als Lagerwerkstoff haben sich auch unter schweren Betriebsbedingungen bewährt. Diese Herstellungsmethode ist besonders vorteilhaft für die Fertigung verschiedener Lagertypen und vorzugsweise für die Serienfertigung von Lagern. Die Herstellung derartiger Lagerkörper erfolgte mit einer wesentlich kleineren Ausschussquote, so dass ein beträchtlicher wirtschaftlicherVorteilsicher- gestellt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung spannungsfreier Verbundlager mit einem aus Weissmetall bestehenden
EMI3.1
als Büchse. nach dem Schleudergussverfahren hergestellt und in an sich bekannter Weise in den Stützkörper eingeklebt wird.