CH199261A

CH199261A - Verfahren zur Herstellung von gesinterten, porösen Gleitkörpern.

Info

Publication number: CH199261A
Authority: CH
Inventors: Hans Vogt
Original assignee: Hans Vogt
Priority date: 1930-02-07
Filing date: 1937-05-12
Publication date: 1938-08-15
Also published as: FR841562A

Description

Verfahren zur Herstellung von gesinterten, porösen Gleitkörpern. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von gesinterten. porösen Gleitkörpern, insbesondere Lager schalen und Dichtungsringen.

Poröse, gesinterte und mit 01 gefüllte Gleitkörper .sind bereits bekannt. Die Erfin dung bezweckt eine Verbesserung der Festig- keits- und Gleiteigenschaften solcher Gleit körper, eine Verbilligung des Ausgangs materials unter Vermeidung teurer Rohstoffe und eine Vereinfaehung -des ITerstellungsver- fahrens.

Cremäss der Erfindung geschieht die Iler- stellun.g der Gleitkörper in der Weise, dass poröse Eisenteilchen von mindestens '/I, mm Durchmesser unmittelbar miteinander versin- tert werden, unter Vermeidung von zusätz lichen, diese Teilchen verklebenden oder ver lötenden Stoffen.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen wor den, zur Herstellung von Lagern fein pulverisiertes, aus Oxydpulvern hergestelltes Schwammeisen grosser Reinheit mit Kupfer oder dergleichen zu verlöten, wobei beträcht liche Lotmetallanteile beigegeben wurden. Das erfindungsgemässe Verfahren, bei wel chem grob gekörnte, aus Eisenschwamm her gestellte Teilchen unmittelbar miteinander versintert werden, ohne dass Lotmittel erfor derlich wären, ermöglieht demgegenüber die Herstellung von Gleitkörpern mit wesentlich besseren Eigenschaften bei erheblich gerin gerem wirtschaftlichem Aufwand.

Die Bei gabe von Lotmitteln bedingt einen erheb lichen Aufwand an wertvollen Metallen, sowie eine sehr innige Mischung dieser Lot- meta.lle mit dem Eisenpulver. Abgesehen von dem hierdurch bedingten wirtschaft lichen Mehraufwand wird bei der Mischung des Eisens mit dem Lotmittel das Eisen, soweit es nicht ohnehin schon sehr fein ist, einer Feinpulverung unterworfen. Das Lot metallpulver muss seinerseits schon mit Rück sicht auf gleichmässige Verteilung ebenfalls extrem fein sein. Das erhaltene Gemisch ist so fein, dass es sehr oxydationsanfällig ist.

Erfindungsgemäss wird nun bewusst die Ver bindung der Eisenschwammkörper durch Lotmittel vermieden und das Herstellungs- verfahren so durchgeführt. dass verhältnis mässig ;rohe Partikel verpresst und direkt miteinander versintert werden. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch die Verarbeitung, ins besondere die Verpressung erleichtert wird und gleichzeitig die Festigkeit und insbeson dere die Gleiteigenschaften verbessert wer den. Die für die Herstellungskosten ins Ge wicht fallende Formabnutzung wird ver ringert.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daB die Sehwindung des erfindungsgemäss hergestellten Materials sehr gering und fast vernachlässigbar ist, im Gegensatz zu der erheblichen Sehwindung bei der bisherigen Herstellungsart. Durch den Fortfall des Mischprozesses wird ein kostspieliger Arbeits- gang gespart und eine Feinpulverisierung des Ausgangspulvers vermieden.

Wegen der ver hältnismässigen Grobheit der Teilchen kann sich die Pressform nicht wie bei dem bis- herigen Pulver verkeilen, und die Teilchen haften beim Pressen besser zusammen. Die in hohem Grade saugfähigen Eisenschwamm körnchen bleiben in ihrer Porosität voll er halten, um so mehr als die groben Eisen schwammteilchen bereits bei verhältnismässig niedrigen Drucken zu Körpern verpresst wer den können. die den für die Weiterverarbei tung erforderlichen Zusammenhalt besitzen.

Vergleichsversuche haben gezeigt, dass die Belastbarkeit des so hergestellten und einmalig mit einem Schmiermittel durch tränkten Lagers sowohl in bezug auf Flächendrücke. als auch in bezug auf Um fangsgeschwindigkeit und Wärmeentwick lung ganz erheblich günstiger ist als bei den bisherigen porösen Lagern, und zwar in sol chem Grade. dass derartige selbstschmierende Lager nicht nur gleichwertig, sondern besser sind als massive, in üblicher Weise ge schmierte Lager, was bisher für unmöglich gehalten wurde.

Wird ein solches erfindungs gemässes Lager ausserdem zusätzlich mit @l geschmiert, so ergibt sich eine weitere erheb liche Überlegenheit der Lagereigenschaften gegenüber den bekannten Lagern mit massi ven Lagerschalen.

Als Ausgangsmaterial können billige Eisenschwammbrocken (beispielsweise schwe discher Eisenschwamm) verwendet werden, die nach bekannten hüttentechnischen Verfah ren aus Eisenerz reduziert sind und noch bis zu 5 % Verunreinigungen enthalten können.

Eine beispielsweise Analyse eines solchen Eisenschwammes ist folgende:
EMI0002.0054

Fe <SEP> (Eisen) <SEP> 95,5-96,5
<tb> S <SEP> (Schwefel) <SEP> max.0,015 <SEP> %
<tb> P <SEP> (Phosphor) <SEP> " <SEP> 0,016
<tb> C <SEP> (Kohlenstoff) <SEP> (1.3-0,5 <SEP> %
<tb> 0 <SEP> (Sauerstoff) <SEP> 1-2 <SEP> %
<tb> V <SEP> (Vanadium) <SEP> 0,10-0,15 <SEP> %
<tb> Bergarten <SEP> 1,5--J2 <SEP> % Zur Vermeidung einer Verquetschung der Eisenschwammpartikel und des übermässigen Anfalles sehr feiner Teilchen erfolgt die Zer kleinerung des Eisenschwammes zu Körnchen der gewünschten Grösse durch Schneide und/oder Zerreissmaschinen.

Die Grösse der so hergestellten porösen Eisenteilchen schwankt im allgemeinen zweckmässig zwischen 11"o oder 1110 mm Durchmesser bis herauf zu 3 mm Durchmesser. In den meisten Fällen empfiehlt sich eine Verwendung von Körn chen einer mittleren Grösse von etwa 1 mm.

Eisenteilchen unter 11"o mm Grösse sollen möglichst nicht enthalten sein. Die Zusam mensetzung der Pressmasse hinsichtlich der verschiedenen Kerngrössen wird zweckmässig so gewählt, dass diese ein Schüttvolumen vom etwa 4--5fachen Betrage des Endvolumens des Presskörpers besitzt. Bei Einhaltung die ser Werte ergibt sich ein guter Zusammen halt beim Pressen ohne Anwendung hoher,

den Schwammcharakter der Masse zerstören der Drucke.

Die Herstellung wird insbesondere hin sichtlich des Pressdruckes und der Füllhöhe zweckmässig so geleitet, dass der fertige Formkörper ein spezifisches Gewicht von etwa 4--5 erhält. Der Druck soll im all gemeinen nicht unter einer Tonne pro cm' betragen. Bei Herstellung der Presslinge wird zweckmässig in an sich bekannter Weise von mehreren Seiten wirkender Druck angewen det, wodurch eine gleichmässige Dichte er zielt wird.

Beispielsweise wird eine Press- form mit beweglichem Ober- und Unterstem pel verwendet. Man kann auch, besonders bei der Herstellung von stabartigen Körpern, in der Weise vorgehen, dass das Ausgangs material in einen nachgiebigen Rohrkörper, z. B. einen Gummischlauch oder derglei.ohen, in ein flüssiges '42edium gebracht und dieses einem hohen hydraulischen Druck ausgesetzt wird, der beispielsweise 0,1 bis 10 Tonnen/cm, vorzugsweise etwa 2 Tonnen/cm' betragen kann.

Man kann dadurch ohne Schwierig keiten in einfachster Weise lange Stangen, Rohre und dergleichen herstellen, was nach dem üblichen Pressverfahren nicht bezw. nur mit sehr grossen -Schwierigkeiten möglich wäre.

Die Versinterung geschieht vorteilhaft hei Temperaturen von .etwa 1200 C in einer Wasserstoff- oder Stickstoffatmosphäre, bei einer Sinterzeit von einer halben bis einer Stunde oder noch kürzerer Sinterzeit.

In vielen Fällen empfiehlt es sieh, die Gleitkörper mit einer Buchse aus massivem Material baulich zu vereinigen. Hierdurch können gleichzeitig zusätzliche Hohlräume für die Aufnahme von Schmiermitteln ge schaffen werden, deren Begrenzungswände teilweise durch die porösen Gleitkörper ge bildet werden, so dass ein ständiges Nach saugen von Schmiermitteln erfolgen kann. Die massive Buchse erhöht ferner die Festig keit des Lagers und gestattet die Verwen dung verhältnismässig dünnwandiger oder sehr stark poröser Eisenschwammbuchsen, die überdies zu mehreren in einer solchen massiven Metallbuchse vereinigt werden kön nen.

Die so hergestellten Formteile werden dann gegebenenfalls unter Vakuum mit01 oder andern geeigneten, insbesondere wachs artigen, bei Raumtemperatur festen Schmier mitteln, wie Wachs, Paraffin und dergl., ge tränkt. Es können auch schon vor dem Pres- seil wärmefeste Schmiermittel, wie Graphit, Talium und dergl., beigegeben werden.

Verschiedene Ausführungsformen von Gleitkörpern nach der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Struktur des Lagermate rials nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt schaubildlich die Gleiteigen- schaften bezw. die Erwärmung verschieden artiger Lagerwerkstoffe bei hoher Belastung in Abhängigkeit von der Laufzeit; Fig. 3 zeigt eine Lageranordnung im Querschnitt; Fig. 4 zeigt das gleiche Lager im Längs schnitt; 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 g o emäss Fig. 6 dar, wobei die beiden Hälften links und rechts der Mittellinie verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zeigen.

Gemäss Fig.1 sind die Eisenschwamm körnchen, welche durch die Pressung flächen artig auf nahezu ihrer gesamten Oberfläche in enger Berührung miteinander stehen, an sämtlichen Berührungsflächen miteinander direkt versintert.

In Fig. 2 sind die Gleiteigenschaften ver schiedener Lager schaubildlich gegenüber- gestellt, und zwar sind die Temperatursteige- rungen in Abhängigkeit von der Laufzeit unter besonders schwierigen Betriebsbedin gungen, nämlich einer Flächenpressung von 150 kg/cm' und einer Umfangsgesehwindig- keit von 3,2 misec. bei unrunder, weicher und schlagender Welle gemessen.

Kurve 1 zeigt normale Phosphorbronze (geschmiert), Kurve 2 Weissmetall (geschmiert), Kurve 3 poröse, selbstschmierende Bronze lager, Kurve 4 Lager aus Eisenschwamm mit Kupfer verlötet (selbstsclhmierend), Kurve 5 Eisenschwamm erfindungsgemäss ohne Lot vensintert (selbstschmierend).

Man erkennt, dass sämtliche andern Lager (Kurve 1-4) den schweren Betriebsbedin- gungen nicht gewachsen sind und nach kur zer Zeit, unter beträchtlicher Temperatur erhöhung auslaufen bezw. sich festfressen. während der erfindungsgemässe Werkstoff (Kurve 5) nach kurzer Einlaufzeit eine kon stante, verhältnismässig niedrige Temperatur annimmt und diese im Dauerbetrieb bei behält.

Das Schaubild zeigt, dass der erfin- dung..gemässe Gleitkörper vor allem für .schwerste Betriebsbedingungen grosse Vor teile gegenüber den vier andern Lagerstoffen besitzt, wobei überdies zu berücksichtigen ist, dass das Lager nicht geschmiert zu wer den braucht.

Wie der Versuch ergeben hat, schadet sogar die "Schmierung" des erfin- dunrr_gemässeii Gleitkörpers mit verhältnie- mässig grobem Quarzpulver der Gleitfläche nicht. Die Quarzkörner drücken sich viel mehr in die Poren des Eisenschwammes ein, und die Gleitfläche ist nach kurzer Zeit wie der völlig eingelaufen.

Gemäss Fig. 3 und 4 ist eine polierte Stahl- oder Eisenwelle 1 in der Lager buchse ? 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 Öleinflusses 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 zum Aalten des Ganzen dient.

Fig. 5 zeigt ein Lager, welches seiner Länge wegen aus mehreren Teilen 7 besteht, welche zweckmässig durch geeignete Vor- und Rücksprünge 8 gegeneinander zentriert sind. Die Zusammensetzung des Lagers aus mehreren Teilen bietet den Vorteil, dass nur kurze, leicht herzustellende Presslinge fabri ziert zu werden brauchen.

Bei längeren Presslingen ergeben sich infolge des Druck abfalles in der Form leicht Ungleichmässig keiten in der Dichte und sonstige Schwierig keiten. Die Vereinigung der Teile kann ent weder vor der Sinterung erfolgen durch Zu sammenpressen der bereits vorgepressten Teil stücke in einer Pressform und gemeinsame Versinterung oder durch Verlöten der fer tig gesinterten Einzelteile.

Für besonders starke mechanische Be anspruchungen kann man auch gemäss Fig. 6 mehrere glatte Teilringe 9, welche fertig ge sintert sind, in ein Stahlrohr 10 einpressen bezw. -schrauben und mit diesen gegebenen falls noch zusätzlich verlöten, nachdem bei spielsweise das Stahlrohr verkupfert wurde. Man kann in diesem Falle sowohl die Wan dungen der Lagerbuchsen selbst, als auch die Wandstärke des Stahlrohres verhältnismässig dünn halten und erzielt trotzdem eine hohe mechanische Festigkeit.

Man kann gemäss Fig. 7, rechte Hälfte, in achsialer oder nahezu achsialer Richtung leichtspiralige, vorsprin gende Leisten 15 vorsehen; diese begünstigen die Befestigung der Lagerfutterteile, welche unter einem gewissen Druck eingepresst wer den, wobei sich die Vorsprünge 15 in die Lagerfutterteile eindrücken.

Eine Verlötung wird sich so in den meisten Fällen erübrigen. Man kann aber auch alternativ oder zu sätzlich ein miteinander kommunizierendes Nutensystem vorsehen, welches den Zweck hat, dem Lager neues öl zuzuführen, wie in Fig. 6 und 7, linke Hälfte, dargestellt.

Die spiraligen bezw. gewindeartigen Quernuten 11 und die Längsnuten 13 bilden ein Ölverteilungsnetz, so dass jede Lager .stelle durch das poröse Futter 9 hindurch 0l erhält, welches so gleichzeitig eine Fil- trierung erfährt. Die Ölzuführung kann d"rch eine oder mehrere Bohrungen 12 er folgen.

Tim den Ölverbrauch des Lagers mög- licbst klein zu halten, empfiehlt es sich, die Poren der nicht als Schmierflächen wirken den Oberflächen der Lagerbuchse durch ge eignete Mittel zu verschliessen, so dass das 01 an diesen Flächen nicht austreten kann. Dies kann erfolgen .durch Verlöten (Verzin nen), Überstreichen mit Kupferoxyd oder pulverisiertem Kupfer (z.

B. vor dem Versin tern) oder eine andere Metallsalzlösung oder dergl., die durch Ausfüllung des Metalles die Poren verschliesst. Auch durch Überziehen mit Lacken, insbesondere Kunstharzlacken, können die Poren verschlossen werden. Eben falls empfiehlt es sich, an den Rändern oder auch teilweise im Innern der Schmierflächen Rillen bezw. Nuten vorzusehen, die dazu die nen, die bei der Erwärmung austretenden Olmengen aufzunehmen und bei Erkaltung des Lagers wieder infolge Wirkung .des äussern Luftdruckes in das poröse Werkstoff innere abzugeben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung von gesinter ten, porösen Gleitkörpern, insbesondere Lagerschalen und Dichtungsringen, da durch gekennzeichnet, dass poröse Eisen teilchen von mindestens '/2o mm. Durch messer unter Vermeidung von zusätz lichen, diese Teilchen miteinander ver klebenden oder verlötenden Stoffen un mittelbar gesintert werden. Il. Gesinterter poröser Gleitkörper, her gestellt nach dem Verfahren gemäss Pa tentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren gemäss Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass bei Herstel lung der Presslinge von mehreren Seiten wirkender Druck zur Anwendung kommt. 2.

Verfahren gemäss Unteranspruch 1, ins- besondere zur Herstellung von stab- artigen Körpern, dadurch gekennzeich net, dass das Ausgangsmaterial in einem nachgiebigen Rohrkörper in ein flüssiges Medium gebracht und dieses einem hydraulischen Druck ausgesetzt wird. 3.

Verfahren gemäss Patentanspruch I, da ,durch gekennzeichnet, dass die Verpres- sung und -Sinterung so vorgenommen wird, dass der fertige Formling ein spe zifisches Gewicht von etwa 4-5 besitzt und aus einem Pulver von etwa vier bis fünffachem .Schüttvolumen des fer tigen Presslings hergestellt wird. 4.

Verfahren gemäss Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als Aus gangsmaterial hüttentechnisch aus Eisen erz reduzierte und noch bis zu 5 % Verun reinigungen enthaltende Eisenschwamm- brocken verwendet werden. 5.

Verfahren gemäss Unteranspruch 4, da ,durch gekennzeichnet, .dass die Zerkleine- rung der Eisenschwammbrocken zu Körn chen der gewünschten Grösse durch Schneide- oder Zerreissmaschinen er folgt, zum Zwecke, die Porosität zu er halten und einen Anfall sehr feinen Pul vers im wesentlichen zu vermeiden. 6.

Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zwecks Ver ringerung der für die Verdichtung erfor derlichen Druckbelastung der mecha nische Druck durch Druckflächen aus geübt wird, deren wirksame Oberfläche kleiner ist als die zu verdichtende Formkörperoberfläche. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch .gekennzeichnet, da.ss der gepresste und gesinterte Körper nachträglich nochmals auf .genaues Mass gepresst wird. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Sinter- körper im fertigen Zustande gehärtet wird. 9.

Gleitkörper gemäss Patentanspruch II, bestehend aus miteinander versinterten, groben Eisenschwammkörnern von einer mittleren Grösse von 1 mm. 10. Gleitkörper nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein oder meh rere Gleitkörperteile mit einer Buchse aus dichtem Material baulich vereinigt sind. 11. Gleitkörper nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein oder meh rere Gleitkörperteile mit einer Buchse aus einem dünnwandigen Stahlrohr bau lich vereinigt sind. 1.2.

Gleitkörper nach Patentanspruch 1I, be stehend aus mehreren Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleit- körperteilen als Schmierstoffreservoir dienende Zwisehenräume vorgesehen sind. 1:3. Gleitkörper nach Patentanspruch 1I, be stehend aus mehreren, achsial anein- andergereihten und miteinander versin- terten Gleitkörperteilen.

1-1. Gleitkörper nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass zusätzliche Hohlräume oder Nuten für die Auf nahme von Schmiermitteln vorgesehen ,sind, deren Begrenzungswände teilweise durch den porösen Gleitkörper selbst ge bildet sind.

1,5. CTleitkörper nach Patentanspruch I'1, da durch gekennzeichnet, dass die Poren der nicht als Schmierflächen wirkenden Oberflächen der Gleitkörper abgeschlos- sen sind.

16. Cxleitkörper nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass in den Sehmierflächen Aussparungen zur Auf nahme der bei Erwärmung austretenden Schmiermittel vorgesehen sind. 17. Gleitkörper nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Poren des Gleitkörpers ganz oder teilweise mit einem bei Raumtemperatur festen Gleit- mittel gefüllt sind.