Verfahren zur Herstellung eines selbstschmierenden Lagers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selbstschmierenden Lagers mit Zonen unterschied licher Porosität aus gepresstem und gesintertem Metall pulver.
Die pulvermetallurgische Herstellung von solchen Sinterlagern ist seit langem bekannt. Dabei wird der durch das Herstellungsverfahren bedingte Porenraum für die Speicherung des Schmieröles ausgenutzt. Die übliche Porosität .schwankt zwischen 18 und 28 Vol. - % des Lagerkörpers.
Der im Lager gespeicherte Ölvorrat reicht erfah rungsgemäss für mehrere 100 Laufstunden aus, sofern die Belastung gering und die Gleitgeschwindigkeit der Welle nicht zu hoch ist. Die Belastungsgrenze für Sinter lager liegt bei einem P. V. Faktor von 18 (kp/cm2 x m/sec.).
Bei hohen Drehzahlen wird jedoch durch die mit steigender Temperatur verbundene Viskositätsabnahme und Volumenzunahme aus dem Lagerspalt austretendes Öl von der Welle abgeschleudert. Das Schmiermittel geht verloren, soweit nicht eine Ölrückführung in Form von Fangfilzen oder Schleuderringen vorgesehen ist. Es ist bekannt, einen zusätzlichen Ölvorrat in Form von Depotfett und getränkten Filzen zu schaffen. Häufig ist jedoch aus konstruktiven Gründen eine Unterbringung dieser Schmiermittelreserven nicht möglich, so dass mit einer begrenzten Lebensdauer der Lagerung gerechnet werden muss.
Es sind weiterhin Vorschläge bekannt geworden, die ringförmige Hohlräume zur Aufnahme des bei Erwär mung austretenden Öles vorsehen. Solche Lager, bei de nen sich die Aufnahmekammern in der Mitte oder an den beiden Enden, jedoch innerhalb des Lagerkörpers befinden, sind pulvermetallurgisch nur schwierig herzu stellen und eignen sich nicht für eine Massenfertigung. Es ist fernerhin bekannt. dass zwischen der Porosität und der Belastbarkeit ein funktioneller Zusamenhang besteht, und dass durch Annäherung an die Verhältnisse im Massiv-Lager das Laufverhalten wesentlich verbessert werden kann.
Bei einem Sinterlager mit normaler Porosität kann ein tragender Ölkeil bei höherer Belastung nur schwer aufgebaut werden, da das Schmiermittel durch die an der Belastungsseite vorhandenen Porenkanäle austritt. Durch diesen Druckverlust kommt es im Lager zu Misch reibung, d.h. zu örtlicher metallischer Berührung zwischen Welle und Lager. Die dabei kurzfristig auftre tenden hohen Temperaturen, die örtlich die Schmelztem peratur des Lagerwerkstoffes erreichen können, führen schliesslich zum vorzeitigen Ausfall des Lagers.
Es gehört zum Stand der Technik, dass bei Sinter lagern, die bei höherer Belastung eingesetzt werden, die Gesamt-Porosität herabgesetzt wird. Dadurch geht Je doch gleichzeitig ein erheblicher Teil des Raumes für die Ölspeicherung verloren. Zur Erzielung einer ausreichen den Lebensdauer müssen daher zusätzliche Schmiermit- telreserven in Form von ölgetränkten Filzringen oder Depotfett vorgesehen werden.
Andererseits darf die Po rosität eines Sinterlagers jedoch nur so weit herabgesetzt werden, dass eine ausreichende Schmierölmenge aus dem Lagerkörper in den Lagerspalt hineingesaugt werden kann.
Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem die Belastbarkeit eines Sinterlagers durch eine feinporige Innenschicht erhöht wird. Hierbei wird zunächst das Aussenlager pulvermetallurgisch hergestellt. In einem an die Sinterung anschliessenden besonderen Arbeitsgang wird dann die feinporige Innenschicht eingebracht, wo nach eine zweite Sinterung erfolgt. Dadurch wird das Verfahren jedoch umständlich und unwirtschaftlich.
Die Erfindung beseitigt die Nachteile der bisherigen Sinterlager durch ein Verfahren, das darin besteht, dass die innere Laufflächensehicht des Lagers gegenüber seiner äusseren Mantelschicht durch Vergrösserung des Arbeitsweges der inneren Press-Stempel gegenüber dem Weg der Aussenstempel axial stärker zusammengepresst, dabei verkürzt und höher verdichtet und an beiden La gerenden mit dabei gebildeten Ölauffang-Absätzen ver sehen wird.
Durch die unterschiedliche Pressung bleibt in einem wesentlichen Teil des Lagers die normale Porosität und. damit der notwendige Raum für das Schmiermittel er halten, während an der Lauffläche ein dichteres Gefüge den Aufbau eines tragenden Ölkeiles begünstigt. Eine zusätzliche Verdichtung kann durch die Wahl der Lager länge bzw. die Tiefe der Absätze, eventuell auch durch besondere Ausbildung der Stempel variiert werden.
Eine weitere Verdichtung kann mit dem vorgesehenen Press- --esenk auch dadurch erreicht werden, dass beim Füllen der innere Unterstempel gegenüber dem äusseren Unter stempel zurückgesetzt wird, so dass mehr Metallpulver eingefüllt und dann beim Pressen eine grössere Verdich tung erzielt wird.
Die Absätze an der Lagerbohrung sind in hervorra gender Weise dazu geeignet, das von der Welle ab- e- schleuderte Öl aufzufangen und dem Kreislauf wieder zuzuführen. Versuche mit den auf diese Weise gefertigten Lauern haben ergeben, dass selbst bei Drehzahlen von 10000 Upm kein Öl durch Abschleudern verloren geht. Dabei ist die Anbringung von Schleuderringen nicht er forderlich. Die bei Laufversuchen (P.
V Faktor 26kp/ em2. m/see) erzielte mittlere Lebensdauer beträgt bei glaichen Versuchsbedingungen ein Mehrfaches derjenigen von normalen Sinterlagern. Dabei ist weder eine Zusatz schmierung noch eine besondere Ölrückführung notwen dig. Die Betriebstemperaturen liegen durchschnittlich um 15-20 C unter den bei normalen Sinterlagern festgestell- ten Werten, während der gemessene Reibbeiwert auf mehr als die Hälfte zurückgeht.
Es ist von besonderer Bedeutung, dass die Herstel lung des Lagers, die sich auch für grosse Serien eignet, in einem Arbeitsgang erfolgt, in dem die äussere Mantel schicht des Lagers und seine innere Laufflächenschicht mittels eines abgesetzten Oberstempels und des äusseren Unterstempels sowie eines diesem voreilenden inneren Unterstempels unterschiedlich zusammengepresst und verdichtet wird.
Ein nach dem Verfahren hergestelltes Lager ist da durch gekennzeichnet, dass die innere Laufflächenschicht bzw. Laufbüchse und die äussere Mantelschicht des La gers aus selbständigen, ineinander gepressten Teilen mit verschiedener Porosität bestehen.
Die beiden Teile können gleiche oder unterschiedli che Korngrösse und Material aufweisen. Zur Bildung der ölauffan-- Absätze an den Lagerenden ist es zweck- mässig, die innere Laufflächenschicht kürzer auszubilden als die äussere Mantelschicht.
Der Zusarnenbau der inneren und äusseren Lager schichtteile kann bei zylindrischen Lagern sowohl nach der Herstellung .der Lager als auch in einem Arbeitsgang beim Lagereinbau erfolgen. Bei Verwendung von Ka- lottenlagern wird vorzugsweise die innere Laufflächen schicht oder Büchse nach der Lagerherstellung einge- presst.
Ein besonderer Vorteil dieser Lagerherstellung be steht darin, dass für die innere Laufflächenschicht und für die äussere Mantelschicht bereits vorhandene Ge- senke verwendet werden können. Ausserdem eignet sich diese Herstellung besonders für kleine oder grössere La ger in kleinen Mengen, bei denen die Gesenkherstellung schwierig und verhältnismässig teuer ist. Die beiden La gerteile werden dann mit Haftsitz durch Einpressen in einander befestigt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 das Pressgesenk in Füllstellung ; Fig. 2 das Pressgesenk nach dem Pressvorgang mit dem gepressten Lager, Fig. 3 das fertig gepresste Lager.
Fig. 4 ein Lager mit gleichlanger innerer Laufflächen- schicht und äusserer Mantelschicht.
Fig. 5 ein Lager mit kurzer innerer Laufflächen- schicht und längerer äusserer Mantelschicht.
Fig. 6 ein Kalottenlager mit kurzer innerer Laufflä- chenschicht.
Die Fig. 1 und 2 stellen das Pressgesenk dar mit der Gesenkbüchse a, der Pressnadel b sowie dem inneren und äusseren Stempel c und d. Die beiden Unterstem pel c und d stehen normalerweise auf gleicher Höhe. Der von den Stempeln c, d begrenzte Raum wird mit Metallpulver e gefüllt. Der Unterstempel c kann auch etwas zurückgesetzt und der dadurch frei werdende Raum mit Metallpulver gefüllt werden, um eine westere Verdichtung zu erreichen.
Beim Pressvorgang eilt der Unterstempel c gegenüber dem äusseren Unterstempel d vor, während der mit einem Absatz f versehene Ober stempel g von oben in die Gesenkbüchse eingefahren wird. Dabei entstehen an beiden Enden der Lagerboh rung Ölauffang- Absätze h. Durch den inneren Unter- stexnpel c bzw. den Absatz f am Oberstempel g wird das Pulver in der Nähe der Bohrung gegenüber dem rest lichen Lagerkörper höher verdichtet. Die Fig. 3 zeigt den fertigen Lagerkörper.
Das Lager nach Fig. 4 besteht aus der inneren Lauf flächenschicht bzw. der Laufbüchse b, die mit Haftsitz in die äussere Mantelschicht a eingepresst ist.
Bei dem Lager nach Fig. 5 ist die innere Laufflächen schicht b kürzer ausgebildet, als die äussere Mantel schicht a, so dass beim Zusammenbau an den Lageren den Ölauffanb Absätze c entstehen.
Das Lager nach Fig. 6 ist als Kalottenlager mit Öl auffang-Absätzen c ausgebildet.
Method for producing a self-lubricating bearing The invention relates to a method for producing a self-lubricating bearing with zones of different porosity from pressed and sintered metal powder.
The powder-metallurgical production of such sintered bearings has long been known. The pore space created by the manufacturing process is used to store the lubricating oil. The usual porosity fluctuates between 18 and 28% by volume of the bearing body.
According to experience, the oil supply stored in the bearing is sufficient for several 100 running hours, provided the load is low and the sliding speed of the shaft is not too high. The load limit for sintered bearings is a P.V. factor of 18 (kp / cm2 x m / sec.).
At high speeds, however, the decrease in viscosity and the increase in volume associated with increasing temperature cause oil emerging from the bearing gap to be thrown off the shaft. The lubricant is lost unless there is an oil return in the form of trap felts or sling rings. It is known to create an additional oil supply in the form of depot fat and soaked felts. Often, however, for structural reasons it is not possible to accommodate these lubricant reserves, so that a limited service life of the bearing must be expected.
There are also proposals have become known to provide the annular cavities for receiving the exiting oil when it is heated. Such bearings, in which the receiving chambers are located in the middle or at both ends, but within the bearing body, are difficult to produce in terms of powder metallurgy and are not suitable for mass production. It is also known. that there is a functional connection between the porosity and the load-bearing capacity, and that the running behavior can be significantly improved by approximating the conditions in solid bearings.
In the case of a sintered bearing with normal porosity, a load-bearing oil wedge can only be built up with difficulty under higher loads, as the lubricant escapes through the pore channels on the load side. This pressure loss causes mixed friction in the bearing, i.e. to local metallic contact between shaft and bearing. The short-term high temperatures that can locally reach the melting temperature of the bearing material ultimately lead to premature failure of the bearing.
It is part of the state of the art that with sinter bearings that are used at higher loads, the total porosity is reduced. As a result, however, a considerable part of the space for oil storage is lost at the same time. To achieve a sufficient service life, additional lubricant reserves in the form of oil-soaked felt rings or depot grease must be provided.
On the other hand, the porosity of a sintered bearing may only be reduced to such an extent that a sufficient quantity of lubricating oil can be sucked out of the bearing body into the bearing gap.
A method is also known in which the load-bearing capacity of a sintered bearing is increased by a fine-pored inner layer. Here, the external warehouse is first manufactured using powder metallurgy. In a special work step following the sintering, the fine-pored inner layer is then introduced, where a second sintering takes place. However, this makes the process cumbersome and uneconomical.
The invention eliminates the disadvantages of the previous sintered bearings by means of a method that consists in that the inner running surface layer of the bearing is axially more compressed than the path of the outer punch compared to the path of the outer punch compared to its outer casing layer, thereby shortened and compressed more is seen on both La gerenden with thereby formed oil collection paragraphs.
Due to the different pressure, the normal porosity and remains in a substantial part of the bearing. so that the necessary space for the lubricant he keeps, while a denser structure on the running surface favors the construction of a load-bearing oil wedge. An additional compression can be varied through the choice of stock length or the depth of the paragraphs, possibly also through special design of the stamp.
A further compression can also be achieved with the intended press die, in that the inner lower punch is set back compared to the outer lower punch when filling, so that more metal powder is filled in and greater compression is achieved during pressing.
The shoulders on the bearing bore are ideally suited to catch the oil ejected from the shaft and feed it back into the circuit. Tests with the lurks manufactured in this way have shown that even at speeds of 10,000 rpm no oil is lost through being thrown off. The attachment of throwing rings is not required. During running attempts (P.
V factor 26kp / em2. m / see) is a multiple of that of normal sintered bearings under the same test conditions. Neither additional lubrication nor special oil return is necessary. The operating temperatures are on average 15-20 C below the values determined for normal sintered bearings, while the measured coefficient of friction falls by more than half.
It is of particular importance that the production of the bearing, which is also suitable for large series, takes place in one operation in which the outer jacket layer of the bearing and its inner running surface layer by means of a separate upper punch and the outer lower punch as well as a leading one inner lower punch is compressed and compressed differently.
A bearing produced according to the method is characterized in that the inner running surface layer or liner and the outer casing layer of the bearing consist of independent parts pressed into one another with different porosities.
The two parts can have the same or different grain size and material. To form the oil fan shoulders at the ends of the bearing, it is advisable to make the inner running surface layer shorter than the outer casing layer.
In the case of cylindrical bearings, the assembly of the inner and outer bearing layer parts can take place both after the bearing has been manufactured and in one operation when installing the bearing. When using spherical bearings, the inner running surface layer or bush is preferably pressed in after the bearing has been manufactured.
A particular advantage of this bearing manufacture is that existing dies can be used for the inner running surface layer and for the outer casing layer. In addition, this production is particularly suitable for small or large La ger in small quantities, where the die production is difficult and relatively expensive. The two La gerteile are then attached with an adhesive fit by pressing into each other.
In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown. 1 shows the press die in the filling position; FIG. 2 shows the press die after the pressing process with the pressed bearing, FIG. 3 the finished pressed bearing.
4 shows a bearing with an inner running surface layer of the same length and an outer jacket layer.
5 shows a bearing with a short inner running surface layer and a longer outer jacket layer.
6 shows a spherical bearing with a short inner running surface layer.
Figs. 1 and 2 show the press die with the die sleeve a, the press needle b and the inner and outer punch c and d. The two lower stamps c and d are usually at the same height. The space delimited by the punches c, d is filled with metal powder e. The lower punch c can also be set back a little and the space thus freed up can be filled with metal powder in order to achieve a western compression.
During the pressing process, the lower punch c rushes ahead of the outer lower punch d, while the upper punch g, which is provided with a shoulder f, is moved into the die sleeve from above. This results in oil collection paragraphs h at both ends of the bearing hole. The powder in the vicinity of the bore is compressed to a greater extent than the rest of the bearing body by the inner lower stem c or the shoulder f on the upper punch g. Fig. 3 shows the finished bearing body.
The bearing according to FIG. 4 consists of the inner running surface layer or the liner b, which is pressed into the outer jacket layer a with an adhesive fit.
In the case of the bearing according to FIG. 5, the inner running surface layer b is made shorter than the outer jacket layer a, so that when the bearings are assembled, the oil collector shoulders c arise.
The camp of Fig. 6 is designed as a spherical bearing with oil collecting paragraphs c.