Feingerätelager
In der Feinwerktechnik treten vielfach Lagerprobleme auf, die mit denen des Grosslagerbaues nicht verglichen werden können und bei denen die hierbei üblichen Lösungen nicht anwendbar sind. So kann es zum Beispiel vorkommen, dass das Erfordernis, ein Feinwerkgerätelager für einen bestimmten Zweck mit möglichst geringem Reibungsmoment zu bauen, die spezifische Lagerbelastung derart in die Höhe treibt, dass die Elastizitätsgrenze desjenigen Lagerbestandteiles überschritten wird, der den kleinsten Elastizitätsmodul besitzt. Dadurch wird dieser Lagerbestandteil mehr oder weniger plastisch deformiert, so dass sich die gesamte Lagergeometrie ungünstig verändert.
Daher werden als Lagerwerkstoffe üblicherweise nur solche mit einem möglichst hohen Elastizitätsmodul verwendet, z. B. Saphir oder Diamant. Dies führt aber zu Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung, da bei Verwendung von derartigen Lagerwerkstoffen vielfach das Gebiet der Grenzschmierung, das heisst einer Schmierung ohne kontinuierlichen Schmierfilm, erreicht wird. Die Grenzschmierung selbst ist zwar mit den heutigen Schmiermitteln recht wirkungsvoll, sofern nur eine Schmierung zum Zwecke der Reibungsverminderung angestrebt wird, anderseits ist dabei aber die Gefahr der Entstehung von feinsten Ausbrüchen und Rissen, insbesondere bei Lagerwerkstoffen mit hohem Elastizitätsmodul, gross.
Tritt nun in einem Lager, in welchem Grenzschmierverhältnisse vorliegen, ein solcher Abrieb auf, führt dies nicht nur zu einer unzulässig hohen Reibungszunahme, sondern auch zu immer weiteren Beschädigungen der aktiven Lagerteile durch Schleifwirkung, so dass das Lager einem verhältnismässig raschen Verschleiss unterworfen ist. Im Falle der hydrodynamischen Schmierung kann der verhältnismässig dicke Schmierfilm, der sich zwischen den einzelnen aktiven Lagerteilen befindet, einen gewissen Abrieb aufnehmen, was zwar wohl zu einer Viskositätszunahme des Schmiermittels führt, jedoch nicht unmittelbar schädigend auf das Lager einwirkt. Bei Lagerwerkstoffen, die einen kleineren Elastizitätsmodul als Saphir bzw.
Diamant aufweisen, beispielsweise metallische Lagerwerkstoffe, treten bei Grenzschmierung leicht Verschweissungen auf, die zu intermittierender Änderung des Reibungskoeffizienten und ebenfalls zu Abriebprodukten führen. Diese feinsten metallischen Abriebprodukte können dann infolge ihrer erhöhten chemischen Reaktionsfähigkeit leicht in eine wesentlich härtere Oxydform übergehen und das Lager beschädigen.
Es ist zwar bekannt, durch künstliches Oxydieren von Metallen auf diesen eine harte abriebfeste Ober flächenschicht zu erzeugen, welche als Überzug aktiver Lagerteile geeignet ist und mit dem die angeführten Nachteile, die bei Feinwerklagern in herkömmlicher Werkstoffausführung auftreten, vermieden werden können. Eine derartige Oxydation lässt sich jedoch nur dann erfolgreich durchführen, wenn als Werkstoff flir die aktiven Lagerteile ein Metall verwendet werden kann, dessen Oxyd dicht und mit ihm fest verwachsen ist.
Die Erfindung betrifft ein Feingerätelager, insbesondere für Elektrizitätszähler, Messinstrumente usw., ausgenommen für Einrichtungen, die der Zeitmessungstechnik dienen, bei dem die Oberfläche der aktiven Lagerteile verschleiss- bzw. abriebfest gemacht wird.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Werkstoffes mindestens eines aktiven Lagerteiles, die beispielsweise als Kalotte oder Kugel ausgebildet sein kann, wenigstens teilweise mit einer Hartmetallschicht überzogen ist.
Bekanntlich liefern die harten Karbide der Metalle der III. bis VI. Gruppe des periodischen Systems, aber auch Nitride, Boride und Silizide der vorgenann ten Metalle sowie Legierungen dieser Verbindungen ausserordentlich abriebfeste Teile. Davon wird heute bereits in weitem Rahmen im Werkzeug- und Maschinenbau Gebrauch gemacht, insbesondere für Teile, die besonders starken Abrasivprozessen unterworfen sind.
Da die Herstellung von Werkzeugen oder Maschinenteilen aus derartigen Harttnetallen sehr kostspielig ist, ist sie nur dann wirtschaftlich, wenn selbst bei Verwendung massiven Hartmetalls noch mit einem Abrieb am Werkzeug bzw. Maschinenteil gerechnet werden muss und allfällige Nachbearbeitungskosten vernachlässigbar gering sind. Bei allen jenen Maschinenteilen, an denen kein Abrieb auftreten darf, z. B. bei Feingerätelagern, insbesondere Spurlager von Elektrizitätszählern usw., ist die Verwendung von Massivteilen aus Hartmetall unwirtschaftlich.
Da es nach einem vorgeschlagenen Verfahren möglich ist, Hartmetall in einer dünnen Schicht auf Werkstoffe aus metallischer, keramischer wie auch mineralischer Substanz zu erzeugen, ist es bei Feinwerklagern zweckmässig, einzelne oder alle aktiven Lagerteile, die während des Betriebes einem besonderen Verschleiss unterworfen sind, auf diese Weise verschleiss bzw. abriebfest zu machen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Spurlager mit fest mit der Welle umlaufender Kugel und
Fig. 2 ein Doppelkalottenspurlager mit lose eingelegter Kugel.
In der Fig. 1 ist der Werkstoff von zwei aktiven Lagerteilen, z. B. eine Kugel 1 und eine Kalotte 2, auf der Oberfläche mit einer Hartmetallschicht 3 versehen. Die Kugel 1 ist hier mit einer Welle 4 fest verbunden.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Lagers, bei der nur die Werkstoffe von zwei Kalotten 5 und 6 auf ihrer Oberfläche eine Hartmetallschicht 3 aufweisen, während eine dazwischenliegende, frei bewegliche Kugel 7 keine Hartmetallschicht aufweist.
Der für die einzelnen aktiven Lagerteile verwendete Werkstoff kann metallischen, keramischen oder mineralischen Ursprungs sein. Die Hartmetallschicht 3 besteht aus harten Karbiden, Siliziden, Boriden oder Nitriden der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems. Die Hartmetallschicht 3 ist entweder auf allen oder nur auf einzelnen aktiven Lagerteilen vorgesehen. Ferner ist es auch möglich, anstelle der ganzen Oberfläche der einzelnen aktiven Lagerteile nur einen Teil derselben mit einer Hartmetallschicht zu versehen, und zwar nur die den Reibungspunkt bildenden und umgebenden Flächenteile.
Die Hartmetallschicht 3 kann zum Beispiel nach einem bekannten Verfahren zum Herstellen von Über- zügen auf metallischen oder nichtmetallischen Gegenständen durch Reaktion von Halogenverbindungen eines Metalles mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen dadurch erzeugt werden, dass eine Halogenverbindung eines karbidbildenden Metalls mit einem Gasgemisch an den zu überziehenden Lagerteilen bei Temperaturen von 900 bis 1200 C zur Reaktion gebracht wird, wobei in dem Gasgemisch Wasserstoff und nicht mehr flüchtige Kohlenwass erstoffverbindun- gen enthalten sind, als dies ihrem Gleichgewicht mit Kohlenstoff und Wasserstoff bei Abscheidungstemperatur entspricht.
Auf den Schutz der Erfindung für die Lagerung von Teilen in Uhren oder anderen Geräten der Zeitmessungstechnik wird verzichtet.
Fine equipment warehouse
In precision engineering, bearing problems often arise that cannot be compared with those of large-scale warehouse construction and for which the usual solutions cannot be used. For example, it can happen that the requirement to build a precision tool bearing for a specific purpose with the lowest possible frictional torque increases the specific bearing load so that the elastic limit of the bearing component with the lowest modulus of elasticity is exceeded. As a result, this bearing component is more or less plastically deformed, so that the entire bearing geometry changes unfavorably.
Therefore, only those with the highest possible modulus of elasticity are usually used as bearing materials, eg. B. sapphire or diamond. However, this leads to difficulties in terms of lubrication, since when using such bearing materials, the area of boundary lubrication, that is, lubrication without a continuous lubricating film, is often reached. The boundary lubrication itself is quite effective with today's lubricants, provided that only lubrication is sought for the purpose of reducing friction, but on the other hand the risk of the formation of the finest chippings and cracks is great, especially in bearing materials with a high modulus of elasticity.
If such abrasion occurs in a bearing in which boundary lubrication conditions exist, this not only leads to an inadmissibly high increase in friction, but also to ever further damage to the active bearing parts due to the grinding effect, so that the bearing is subject to relatively rapid wear. In the case of hydrodynamic lubrication, the relatively thick lubricating film that is located between the individual active bearing parts can absorb a certain amount of abrasion, which, although it leads to an increase in the viscosity of the lubricant, does not have a direct damaging effect on the bearing. For bearing materials that have a lower modulus of elasticity than sapphire or
Containing diamond, for example metallic bearing materials, welds easily occur with boundary lubrication, which lead to intermittent changes in the coefficient of friction and also to abrasion products. Due to their increased chemical reactivity, these finest metallic abrasion products can then easily change into a much harder oxide form and damage the bearing.
It is known to produce a hard, abrasion-resistant upper surface layer by artificially oxidizing metals on them, which is suitable as a coating for active bearing parts and with which the disadvantages that occur in precision bearings in conventional material design can be avoided. Such an oxidation can only be carried out successfully, however, if a metal can be used as the material for the active bearing parts, the oxide of which is dense and firmly grown together with it.
The invention relates to a precision device bearing, in particular for electricity meters, measuring instruments, etc., with the exception of devices used in time measurement technology, in which the surface of the active bearing parts is made resistant to wear and tear.
This is achieved in that the surface of the material of at least one active bearing part, which can be designed, for example, as a spherical cap or ball, is at least partially covered with a hard metal layer.
It is well known that the hard carbides of the III. to VI. Group of the periodic table, but also nitrides, borides and silicides of the aforementioned metals and alloys of these compounds are extremely abrasion-resistant parts. This is already widely used today in tool and machine construction, especially for parts that are subject to particularly strong abrasive processes.
Since the production of tools or machine parts from such hard metals is very costly, it is only economical if wear on the tool or machine part must be expected even when using solid hard metal and any reworking costs are negligibly low. For all those machine parts where no abrasion may occur, e.g. B. in fine device bearings, especially track bearings of electricity meters, etc., the use of solid parts made of hard metal is uneconomical.
Since it is possible according to a proposed method to produce hard metal in a thin layer on materials made of metallic, ceramic and mineral substances, it is useful in precision bearings to apply individual or all active bearing parts that are subject to particular wear during operation in this way to make wear and tear resistant.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the drawing.
Show it:
Fig. 1 shows a thrust bearing with firmly rotating ball with the shaft and
2 shows a double-spherical bearing with a loosely inserted ball.
In Fig. 1, the material of two active bearing parts, for. B. a ball 1 and a spherical cap 2, provided with a hard metal layer 3 on the surface. The ball 1 is firmly connected to a shaft 4 here.
2 shows an embodiment of a bearing in which only the materials of two spherical caps 5 and 6 have a hard metal layer 3 on their surface, while a freely movable ball 7 lying between them has no hard metal layer.
The material used for the individual active bearing parts can be of metallic, ceramic or mineral origin. The hard metal layer 3 consists of hard carbides, silicides, borides or nitrides of the metals of III. to VI. Group of the periodic table. The hard metal layer 3 is provided either on all or only on individual active bearing parts. Furthermore, instead of the entire surface of the individual active bearing parts, it is also possible to provide only part of the same with a hard metal layer, namely only the surface parts which form and surround the point of friction.
The hard metal layer 3 can be produced, for example, according to a known method for producing coatings on metallic or non-metallic objects by reacting halogen compounds of a metal with hydrogen and hydrocarbons by adding a halogen compound of a carbide-forming metal with a gas mixture to the bearing parts to be coated Temperatures of 900 to 1200 C is brought to reaction, the gas mixture containing hydrogen and non-volatile hydrocarbon compounds than corresponds to their equilibrium with carbon and hydrogen at the deposition temperature.
The protection of the invention for the storage of parts in clocks or other devices of time measurement technology is waived.