DD141555A1

DD141555A1 - Waelzlager und verfahren sowie antifriktionswerkstoff zu seiner herstellung

Info

Publication number: DD141555A1
Application number: DD79210796A
Authority: DD
Inventors: Jury N Glodin; Albert G Eliseenko; Petr A Pshenichkin; Evgeny A Smirnov; Nikolai N Khavsky; Lev B Kuznetsov
Original assignee: Mo I Stali I Splavov; Proizv Ob Elektrougli
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1979-02-02
Publication date: 1980-05-07
Also published as: FR2406120B1; SE8205055D0; DE2833769C2; US4223963A; DE2833769A1; SE8205055L; JPS5464244A; SE7808296L; FR2406120A1; SE446475B

Description

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Berlind. 27.3.1979 WP F 16C/21O 796

Wälzlager und Verfahren sowie Antifriktionswerkstoff zu seiner Herstellung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein im allgemeinen Maschinenbau verwendetea Wälzlager, vorwiegend Kugellager und ein Verfahren sowie einen Antifriktionswerkstoff zu seiner Herstellung,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits ein Kugellager mit einem Außen- und einem In-* nenring sowie einem dazwischen befindlichen Käfig mit Kugeln bekannt, bei dessen Herstellung auf die Reibflächen des Lagers eine Schicht aus einem Antifriktionswerkstoff in Form von dünnen Folien aufgebracht wird (E,R. Breitweit "Feste Schmierstoffe und Antifriktionsbeläge", Verlag Chimi^a, Moskau, 1967, S> 285).

Dieses Lager und dessen Herstellungsverfahren hat jedoch den Nachteil, daß sich die aufgebrachte Schicht schnell abarbeitet, wodurch die Lebensdauer des Lagers relativ gering ist.

Weiterhin ist schon ein Wälzlager bekannt, das sich aus einem Außen- und einem Innenring mit dazwischen angeordneten Wälzkörpernj einem Käfig und Schutzscheiben zusammensetzt, wobei . der Raum zwischen den Ringen mit einem Antifriktionswerkstoff

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gefüllt ist (Nachschlagebuch "Wälzlager¹¹, Moskau, 1961).

Bei der Herstellung eines solchen Lagers'werden·zunächst die einzelnen Bestandteile gefertigt, diese nachfolgend zusammengebaut und in die Schutzacheiben ein Antifriktionswerkstoff eingepreßt«

Als Antifriktionswerkstoff verwendet man Starrschmieren verschiedener Sorten (R,D· Beiselman_f B,W* Zypkin "Wälzlager", Verlag Maschgis, Moskau-Leningrad, 1961)·

Die auf diese Weise hergestellten Lager mit darin verwendeten Starrschmieren weisen eine bessere Haltbarkeit beim Einsatz im Bereich von nicht zu hohen Temperaturen, etwa im Bereich von 100 bis 20O⁰C auf, sind aber bei hohen Temperaturen, etwa ab 20O⁰C nicht zuverlässig, weil der Schmierstoff schmilzt, ausfließt, teilweise abbrennt und seine Erneuerung sich praktisch nicht anbietet»

Bei einem weiteren Wälzlager, das einen Außen» und einen In-* nenring, Wälzkörper· sowie einen Käfig umfaßt, ist der Käfig aus einem selbstschmierenden Werkstoff, z_eB« mit Molybdän&isulfid und anderen festen Schmiermitteln gefülltem Pluorkunst« stoff gefertigt (B.D, Woronkow "Trockenreiblager", Verlag Maschinostrojenie, Leningrad, 1968), Das Verfahren zum Herstellen eines derartigen Lagers umfaßt die Einzelfertigung von Innen« und Außenring, Käfig sowie Wälzkörper und deren anschließende Montageο

Die Lager mit selbstschmierenden Käfigen sind jedoch schwer herstellbar und weisen keine ausreichende Lebensdauer wegen eines verhältnismäßig schnellen Verschleißes des Käfigs auf«

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Dies deshalb, da der Käfig mit Selbstschmierung innerhalb des Lagers eine doppelte Punktion, nämlich die des Käfigs sowie die eines Schmierstoffes zu erfüllen und einer Anzahl von schwer miteinander vereinbarenden Forderungen zu genügen hat. Der Belastungswiderstand eines solchen Käfigs liegt unter der von genormten Käfigen, Obwohl der Käfig direkt keine großen Belastungen erfährt, entwickeln sich jedoch während des Betriebs auf Grund ungenauer Fertigung der Lagerteile, die sogar im Toleranzbereich liegen können, unerwünschte Biege- und Zugkräfte. Diese sind in der Regel so hoch, daß der Käfig bricht (I.W. Kragalski et al. "Reibung und Verschleiß im Vakuum", Verlag Maschinostrojenie, Moskau, 1973).

Schließlich ist noch ein Wälzlager bekannt, bei welchem zwecks Verminderung der Gleitung der Kugeln in der Ringrille und damit der Reibungsverluste der aus Textolit oder Polyamiden mit verschiedenen Füllstoffen gefertigte Käfig mit einem metallischen Ring bewehrt ist (I. J. Alschiz et al. "Projektierung von Kunststoffteilen", Verlag Maschinostrojenie, 1969, S. 174).

Eine solche Vereinigung des nichtmetallischen Käfigs mit der metallischen Bewehrung trägt zwar etwas zur Festigkeit des Käfigs bei, sichert aber keine zuverlässige Arbeit des Lagers unter schweren Bedingungen, v/eil die Wälzkörper lediglich mit dem erhärteten Antifriktionswerkstoff zusammenwirken. Eine örtliche und nachfolgend vollständige Zerstörung des Antifriktionswerkstoffes ist nicht ausgeschlossen, der Bewehrungsring kann einen Bruch des Käfigs nicht verhindern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verlängerung der Lebensdauer von Wälzlagern auch und vor allem unter überwiegend schweren Betriebsbedingungen (Extremtemperaturen, hohe Belastungen,

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Kernstrahlung, aggressive Medien).

Darle_gung_deB Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues verbessertes Lager zu schaffen, bei welchem eine veränderte Art der Wechselwirkung der Lagerteile durch Reibung vorhanden ist* Zur Herstellung des Lagers sollen ein besonders vorteilhaftes Verfahren sowie ein optimaler, extremen Bedingungen widerstehender Antifriktionswerkstoff entwickelt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Wälzlager mit einem Innen-» und einem Außenring und dazwischenliegenden, in den Zellen eines metallischen ringförmigen Käfigs gebetteten Wälzkörpern der gesamte freie Baum zwischen den Ringen, den Wälzkörpern und dem metallischen Käfig mit einer Kompoundmasse, einem erhärteten Antifriktionswerkstoff gefüllt ist, der mit dem genannten metallischen, die Kompoundmasse bewehrenden Käfig in starrer Verbindung steht·

Eine derartige technische Lösung gestattet die Standzeit des genormten Lagers beachtlich zu erhöhen, denn die erhärtete Kompoundmasse schützt die Oberfläche der Laufbahnen, des Käfigs und der Wälzkörper gegen Verschmutzung.

Entsprechend einem v/eiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist zum Wegführen von Verschleißprodukten des Antifriktionswerkstoffes zwischen der Kompoundmasse und der Innenfläche des Außenringes ein bis an die Wälzkörper reichender ringförmiger Spalt, eine Rille vorgesehen.

Dieser ringförmige Spalt schützt die Oberfläche der Y/älslaufbahnen und der Wälzkörper gegen die Einwirkung von Verschleißprodukten der Kompoundmasse.

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Schließlich wirken nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nur die Bereiche der Kompoundmasse in der Zone zwischen den Y/älzkörpern innerhalb des geschlossenen Käfigs mit den Wälzlaufbahnen unmittelbar durch Reibung zusammen, während die Stirnseiten der Kompoundmasse von der zylindrischen Innenfläche des Binges durch eine Rille getrennt sind·

Es wird so eine kontinuierliche Schmierung der Laufbahnen des Lagers und ein ununterbrochener Auswurf der Verschleißprodukte der Kompoundmasse durch den Spalt zwischen der Stirnseite der Kompoundmasse und der zylindrischen Innenfläche des Ringes erreicht.

Das Verfahren zur Herstellung des Wälzlagers mit durch eine plastische erhärtbare Antifriktionskompoundmasse gefüllten Bereichen zwischen den Wälzkörpern ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in ein bekanntes genormtes Wälzlager mit einem ringförmigen metallischen Käfig für die Wälzkörper zunächst die Kompoundmasse eingefüllt und nachfolgend eine Wärmebehandlung des Wälzlagers bis zum Eintritt einer starren· Verbindung zwischen der erhärtenden Kompoundmasse und dem diese bewehrenden metallischen genormten Käfig vorgenommen werden.

Durch dieses einfache und verhältnismäßig billige Verfahren wird den genormten Lagern eine neue Eigenschaft, eine dauernde Haltbarkeit unter schweren Einsatzbedingungen ohne Zwischenschmierung verliehen.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens läuft die Wärmebehandlung des Lagers in zwei Stufen ab, nämlich in der ersten Stufe kurz nach dem Füllen des Lagers mit

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dem plastischen erhärtbaren Antifriktionswerkstoff 2 bis 4 Stunden bei einer Temperatur von 200 bis 25O⁰C bis zur Grenze der freien fließbarkeit jedoch unter Beibehaltung der Zähigkeit, und in der zweiten Stufe nach Ausbildung der Rille bei einer Temperatur von 260 bis 300⁰G bis zur vollständigen Erhärtung des Antifriktionswerkstoffes·

Mit dieser Lösung ist die Möglichkeit.gegeben, ohne großen ) Aufwand einen Ringspalt zwischen der Kompoundmasse und der Innenfläche des Außenringes herzustellen, und damit eine Verschmutzung der Oberflächen der Laufbahnen und der Y/älskörper mit den Verschleißprodukten der Kompoundmasse auszuschließen.

Nach einem letzten Merkmal des er.findungsgemäßen Verfahrens wird der plastische erhärtbare Antifriktionswerkstoff zwangsläufig in den freien Raum zwischen den Eingen des Lagers bis an seine volle Auffüllung eingepreßt, wodurch die größtmögliche Festigkeit der erhärtbaren Kompoundmasse erzielbar ist_e

Der erfindungsgemäße Antifriktionsy/erkstoff zur Verwirklichung des Verfahrens enthält neben Graphit und einen vorzugsweise j Wasserglas oder Alumochromphosphat enthaltenden Binder zusätzlich Kupfer, Blei, Zinn, Koks und Ruß unter folgendem Verhältnis der Bestandteile in Gewo-%

Kupfer	5	bis 20	bis	,
Blei	1	,0	bis	5,
Zinn,	0	s5	bis	5,
Koks	0	»5	bis	5,
Ruß	0	»5	bis	3,
Graphit	13	fO	; bis	37
Binder	Resi	100.

Dieser angegebene Antifriktionswerkstoff schließt die Möglich-

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keit der Anwendung einer anderen Zusammensetzung nicht aus. Das vorliegende Beispiel ist jedoch die erfindungsgemäß ermittelte optimale Zusammensetzung, welche ein gutes Antifriktionsverhalten aufweist und sich in der Praxis mit Erfolg bewährt hat.

Der plastische erhärfbare Antifriktionswerkstoff, der zur Herstellung des Lagers In der vorstehend beschriebenen Weise gedacht ist, unterscheidet sich von bekanntem Werkstoff dadurch, daß darin zusätzlich Kupfer, Blei, Zinn, Koks und Ruß enthalten sind.

Als Binder eignet sieb. Wasserglas genauso wie Alumochromophosphat oder ein anderer bekannter z.B. organischer Binder. Graphit, kommt als üblicher Graphit oder als Thermograph!t zum Einsatz. Hierbei ist es ausschlaggebend, daß die Dispersität der Teilchen des Gemisches nicht über 50 bis 70 um liegt.

Das Antifriktionsverhalten des erfindungsgemäßen Werkstoffes übertrifft beträchtllcii das der bekannten Werkstoffe des gleiohen Bestimmungszweckea.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel für das Wälzlager und mehreren Verfahrensbeispielen für des-? sen Herstellung erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt dabei den Schnitt durch ein Lager der erfindungsgemäßen Bauart.

Das fertige Lager hat eine Schicht aus festem Antifriktionswerkstoff 1 (Kompoundraasse), die zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 desselben liegt, Diese Antifriktionsschicht

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ist mit dem Käfig 4 des Lagers starr verbanden und weist ein minimales sphärisches Spiel bezüglich der Y/älzkb'rper 5 auf. Zwischen der Innenfläche des Außenringes 3 und der Antifriktionsschioht besteht eine Rille 6,° die der Tiefe nach bis an die ?/älzkörper 5 gelangt. Die Reibungszone des Lagers ist mit dem festen Antifriktionswerkstoff 1 bis an seine Stirnflächen bündig gefüllt, so daß sein Hohlraum gegen Verschmutzung von außen her geschützt ist.

?rährend des Betriebes des Lagers werden Teilchen des Antifriktionswerkstoffes 1 in die Gleitzone sowie an die Oberfläche der Mlzkb'rper 5 hingerissen und dienen zur Schmie-» rung, während Verschleißprodukte unter Einwirkung von Zentrifugalkräften aus dem Lager über die Rille 6 abgeführt werden«

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lagers bereitet man gemäß· einer ersten Variante in einem Flügelmiseher bei Raumjemperatur ein Gemisch aus 20 Gew.-$ Kupfer, 5 Gew_e-% Blei, 5 Gew,-% Zinn, 0,5 Gew,*$ Koks, 3 Gew,-% Ruß, 13 Gew.-% Graphit und die restliche Menge bis 100 % Wasserglas mit einem Modul von 3· Der auf diese Weise entstandene Antifriktionswerkstoff 1 (die Kompoundmasse) wird so in das vorher entfettete Lager gepreßt, daß er den gesamten freien Raum zwischen den Lagerteilen auffüllt* Anschließend erfolgt eine 4-stündige V/ärmebehandlung des Lagers bei einer Temperatur von 200°C_e Danach wird die obere Schicht des Antifriktionswerkstoffes 1 mit einer Dicke von 1 mm abgehoben und auf diese Weise eine Rille 6 zwischen dem Außenring 3 und dem Antifriktionswerkstoff 1 hergeetellt, welche bis an die Wälzkörper 5 reicht«

Das Abheben des Antifriktionswerkstoffes 1 und Herstellen der Rille 6 erfolgt mit einem Meißel auf beliebiger für die-

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sen Zweck geeigneter Vorrichtung· Die beiden Ringe des Lagers, nämlich der Außenring 3 und der Innenring 2 werden nun von Hand gegeneinander gedreht und dann die Wärmebehandlung bei 26O⁰C bis zur endgültigen Erhärtung der Kompoundmasse fortgesetzt. Darauf läßt man das Lager bei einer Geschwindigkeit von 1000 U/min 1 min lang drehen· Da die Herstellung der Lagerteile und deren Zusammenbau der Herstellung eines genormten Lagers entspricht, wurden die Vorgänge der Kürze der Darlegung halber bei der Beschreibung außer acht gelassen·

Die Zubereitungsweise des Antifriktionswerkstoffes 1 für die Herstellung des Lagers nach einer zweiten Variante entspricht der schon in der 1. Variante beschriebenen, nur die Gewichtsanteile und die Bestandteile wurden verändert· Dieser Antifriktionswerkstoff enthält 5,0 Gew,-# Kupfer, 1,0 Gew,- % Blei, 0,5 Gew.-% Zinn, 5,0 Gew.-# Koks, 0,5 Gew.-% Ruß, 37jO Gew.-% Thermographit und den Rest bis 100 % Binder. Als Binder dient eine Alumochromophosphat-Bindung, die aus 36 Gew,-$ ^P2°5» ^*¹ Gew*-# Al₂O-, 4_t5 Gew.-% Cr₂Oo und dem Rest Wasser besteht.

Auch dieser Antifriktionswerkstoff wird in das vorher entfettete Lager so eingepreßt, daß er den gesamten freien' Raum zwischen den Lagerteilen auffüllt und 2 Stunden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 26O⁰C unterzogen. Es schließt sich dann auf einer Drehbank das Anbringen der Rille 6 an, welche 1,5 mm breit, sich zwischen dem Außenring 3 des Lagers und der Schicht aus dem festen Antifriktionswerkstoff 1 befindet· Diese Rille 6 reicht der Tiefe nach auf den beiden Seiten des Lagers bis an die Y/älzkörper 5. ' Anschließend wird von Hand der eine Ring bezüglich des anderen gedreht und wieder die Wärmebehandlung bei 300⁰C bis zum

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Eintritt der endgültigen Erhärtung durchgeführt. Darauf läßt man das Lager bei einer Drehzahl von I45O U/min 1 Minute lang drehen.

Eine weitere Herstellungsvariante des Lagers unterscheidet sich nur in der Zusammensetzung des Antifriktionswerkstoffes 1 von der aweiten Variante, die Vorgänge, deren Reihenfolge und die Bedingungen ihrer Durchführung sind gleich. Hier hat der Antifriktionswerkstoff 1 folgende Zusammensetzung: 10 Gew_e-% Kupfer, 2_S5 Gew«-% Blei, 2,5 Gew,-$ Zinn, 2,5 Gew„-$ Koks, 1,5 Gew*-% Ruß, 34 Gew«-$ Graphit und den Rest bis 100 % einen Binder wie in der zweiten Variante,

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lager mit den darin verwendeten Antifriktionswerkstoffen 1 wurden einer Prüfung ausgesetzt, deren Ergebnisse in der Tabelle zusammengefaßt sind»

Lfd. Nr. Prüfstück

Prüfbedingun- Lebens- _gen dauer, h

Lager mit festem Antifriktionswerkstoff und einer Rille im Füllstoff über den umfang des Außenringes

Lager wie unter Pkt. 1, jedoch ohne Rille

Lager mit dem festen Antifriktionsbelag

n=H50 U/min t=35O°C P=50 kp

n=H50 U/min t=O50°C, P=50 kp t=35O°C P=50 kp

2000,es arbeitete weiter

700, es ist gebrochen

18, ausgefallen

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4, Lager mit dem festen Antifriktionswerkstoff und

einer Rille

5· Lager mit festem Antifriktionsbelag

6, Lager wie unter Pkt· 4

7· Lager wie unter Pkt* 5 n=1000 U/min P=200 kp

n=1000 U/min P=200 kp

t=120°C

Dampf-Luft«

gemisoh.

Transportwagen

t=120°C

Dampf-Luftge-

miach

Transportwagen

40, es arbeitet weiter

1, ausgefallen

10000, es arbeitete weiter

720, ausgefallen

Die Ergebnisse von Prüfstand- und Betriebserprobungen zeigen, daß die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der neuen erfindungsgemäßen Fälzlager wesentlich, nämlich um einige Dutzend Male im Vergleich zu bekannten Lagern höher sind#

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Claims

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Erfindungsanspruoh

1, V/älzlager, bestehend aus einem Innen- und einem Außenring mit dazwischenliegenden, in den Zellen eines metallischen ringförmigen Käfigs gebetteten Wälzkörpern, gekennzeichnet dadurch, daß der gesamte, freie Raum zwischen den Eingen (2; 3)> den Wälzkörpern (5) und dem metallischen Käfig (4) mit einer Kompoundmasse, einem erhärteten Antifriktionswerkstoff (1) gefüllt ist, der mit dem genannten metallischen, die Kompoundmasse bewehrenden Käfig (4) in starrer Verbindung steht,

2* Wälzlager nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch_$ daß zum Wegführen von Verschleißprodukten des Antifriktionswerkstoffes (1) zwischen der Innenfläche des Außenringes (3) und der Kompoundmasse ein bis an die Wälzkörper (5) reichender ringförmiger Spalt, eine Rille (6) vorgesehen ist*

3· Wälzlager nach Punkt 1 bzw« 2, gekennzeichnet dadurch, daß nur die Bereiche der Kompoundmasse in der Zone zwischen den Wälzkörpern (5) innerhalb des geschlossenen K§figs (4) mit den Wälzlaufbahnen unmittelbar durch Reibung zusammenwirken, während die Stirnseiten der Kompoundmasse von der zylindrischen Innenfläche -des Ringes (2) durch eine Rille (6) getrennt sind·

4· Verfahren zur Herstellung des Wälzlagers nach Punkt 1 bis 3 mit durch eine plastische erhärtbare Antifriktionskompoundmasse gefüllten Bereichen zwischen den Wälzkörpern, gekennzeichnet dadurch, daß in ein bekanntes genormtes Wälzlager mit einem ringförmigen metallischen Käfig (4) für die Wälzkörper (5) zunächst die Kompoundmasse eingefüllt und nachfolgend eine Wärmebehandlung des Wälzlä-

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gers bis zum Eintritt einer starren Verbindung zwischen der erhärtenden Kompoundmasse und dem diese bewehrenden metallischen genormten Käfig (4) vorgenommen werden.

5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmebehandlung in zwei Stufen abläuft, nämlich in der ersten Stufe kurz nach dem Füllen des Lagers mit dem plastischen erhärtbaren Antifriktionswerkstoff (1) 2 bis 4 Stunden bei einer Temperatur von 200 bis 250⁰C-bis zur Grenze der freien Pließbarkeit jedoch unter Beibehaltung der Zähigkeit, und in der zweiten Stufe nach Ausbildung der Rille (6) bei einer Temperatur von 260 bis 300⁰C bis zur vollständigen Erhärtung des Antifriktionswerkstoffes (D.

β· Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der plastische erhärtbare Antifriktionswerkstoff (1) zwangsläufig in den freien Saum zwischen den Ringen (2j 3) des Lagers bis an seine volle Auffüllung eingepreßt wird.

7· Antifriktionswerkstoff zur Verwirklichung des Verfahrens nach einem der Punkte 4 bis 6, bestehend aus Graphit und eine© vorzugsweise Wasserglas oder Alumochromophosphat enthaltenden Binder gekennzeichnet dadurch, daß neben einem Gewichtsanteil des Graphits von 13,0 bis 37 % zusätzlich

Kupfer mit 5 bis 20 %₉ Blei mit 1^0 bis 5 %_t Zinn mit 0,5 bis 5 %, Koks mit 0,5 bis 5 %, Ruß mit 0,5 bis 3 % und der Binder mit dem verbleibenden Rest bis 100 %. enthalten sind,,

Hierzu /j Seite . Zeichnung