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Lager und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich
auf Gleitlager sowie auf ein Verfahren, um derartige Lager herzustellen. Dabei wird
eine Stahlunterlage zunächst mit einer Zwischenschicht aus einem geeigneten Lagermetall
oder einer Legierung überzogen und diese Zwischenschicht dann mit einer weiteren
Schicht, im folgenden Laufschicht genannt, aus einem verhältnismäßig weichen Metall
bzw. einer Legierung verbunden, die schließlich die eigentliche Lageroberfläche
darstellt.
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Für Zwischenschichten in solchen Lagern ebenso wie für deren Laufschichten
sind bereits viele Metalle und Legierungen bekannt. So kennt man Lager, die eine
Schale aus einer harten Kupfer-Aluminium-Legierung, eine Zwischenschicht aus einer
üblichen Zinnlegierung und eine Laufschicht aus Blei oder Zinn aufweisen. Auch sind
aus der britischen Patentschrift 641130 Lager bekannt, bei denen die Zwischenschicht
zwischen einer Stahlunterlage und einem Bleilagermetall aus einer Aluminium-Cadmium-Siliziumlegierung
besteht. Diese Lagermetallkombinationen sind jedoch den Anforderungen, die insbesondere
bei hochtourigen Motoren auftreten, nicht gewachsen.
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Zweck dieser Erfindung ist daher, ein Lager der geschilderten Art
zu schaffen, welches leicht hergestellt werden kann, eine bessere Belastbarkeit
und Ermüdungsfestigkeit als Weiß-Metall-Lager aufweist und in dem die Zwischenschicht
genügend weich ist, um sich an die ungehärtete Welle gut anzulegen, wobei auch dann
noch keine nennenswerte Abnutzung erfolgt, wenn die Laufschicht durchgescheuert
oder schadhaft ist.
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Das neue Lager, bestehend aus einer Stahlunterlage, einer oder mehrerer
Zwischenschichten und einer Laufschicht, nämlich aus Zinn, Blei, Aluminium oder
dessen Legierungen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer
Aluminium-Zinn-Legierung mit einem Gehalt von 10 bis 30 % Zinn und nicht mehr als
5 % anderem Legierungsmaterial besteht. Die Laufschicht besitzt , eine Dicke von
0,005 bis 0,15 mm.
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Die Zwischenschicht kann zweckmäßigerweise mit der Stahlunterlage
über eine Schicht aus einem Metall wie Reinaluminium oder einer Legierung wie einer
Aluminiumlegierung verbunden werden. Diese Schicht muß aber eine chemisch reine
Oberfläche aufweisen, damit sich während eines nachfolgenden Walzvorganges fester
Verbund mit der Zwischenschicht ergibt. Nachdem die Zwischenschicht aufgebracht
ist, wird die gesamte Anordnung einem kräftigen Walzvorgang in der Kälte oder bei
einer Temperatur unter 230' C unterworfen. Die Laufschicht kann auf die Zwischenschicht
auch galvanisch oder durch Gießen aufgebracht werden. Wird sie durch Gießen oder
Walzen aufgebracht, so ergeben sich dadurch gewöhnlich bessere Eigenschaften im
Gebrauch und in den meisten Fällen auch niedrigere Herstellungskosten.
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Die Laufschicht kann aus Zinn oder einer Zinnlegierung, aus Blei oder
einer Bleilegierung, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und setzt
sich z. B. in letzterem Fall aus handelsüblichem Reinaluminium mit einem Gehalt
von 40 bis 50%, Zinn zusammen.
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Falls eine Zinnlegierung verwendet wird, sollte die Laufschicht vorzugsweise
nicht dicker als 0,076 mm sein, um eine gleichmäßige Ermüdungsfestigkeit zu erreichen.
Deshalb sollte immer, wenn die Laufschicht verhältnismäßig dünn ist und das Lager
wie gewöhnlich aus einem Lagerwerkstoff in Form eines Trimetallstreifens angefertigt
wird, die Dicke dieses Streifens sehr genau eingehalten werden. Insbesondere muß
die Tendenz der Dichtungsflächen von aus solchen Streifen hergestellten zylindrischen
Lagern, während des normalerweise für die Herstellung solcher Lager aus Streifen
benutzten Preßvorganges anzuschwellen, berücksichtigt werden. Bei der Herstellung
von Lagern aus Rohstücken, bei der schräge
Trimetallstreifen abgeschnitten
werden, um die Laufschicht dünn zu halten, kann vor dem Aufbringen der Laufschicht
diese Eigenschaft durch Walzen oder ein anderes bekanntes Verfahren der aus einer
Stahlunterlage und der Zwischenschicht bestehenden Bimetallstreifen derart unterstützt
werden, daß die Stärke des Bimetallstreifens an den Kanten geringer gehalten wird
als in der Mitte des Streifens. Die Zwischenschichtoberflächewird auf diese Weise
gewölbt. Die Legierung für die Laufschicht kann dann ohne weiteres auf den Streifen
gegossen werden, wenn gewährleistet ist, daß deren Stärke fortschreitend von der
Mitte nach den Kanten hin zunimmt. Der Streifen wird dann schräg -in Preßlinge geschnitten,
und diese werden in eine halbzylindrische Form gepreßt. Obgleich nun die an der
Dichtungsfläche anliegenden Teile des Preßlings, also die ursprünglich die Kanten
des Streifens bildenden- Teile, anschwellen, ergibt sich eine genügende Stärke des
Laufschichtmetalls an diesen Teilen, so daß die nach der Bohrung des Lagers geforderte
Dicke der Laufschicht erreicht wird. Auf diese Weise wird schließlich eine halbzylindrische
Form erhalten.
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In anderer Weise- läßt sich ein zum Abpressen halbzylindrischer Lager
geeignetes Trimetall-Lagerwerkmaterial herstellen, indem ein aus einer Aluminium-Zinn-Legierung
bestehender Barren, der die Zwischenschicht bilden soll, mit einer gewölbten Oberfläche
hergestellt wird. Die Zinnlegierung bzw. ein anderes Metall, welches die Laufschicht
bilden soll, wird dann auf diese gewölbte Oberfläche gegossen, der so entstehende
Bimetallbarren durch Walzen auf die passende Stärke gebracht. Mit der entsprechend
vorbehandelten Oberfläche der Stahlunterlage wird dieses Material dann durch einen
Walzvorgang verbunden. Auf diese Weise entsteht ein Trimetallstreifen, bei dem die
Dicke der Laufschicht stetig von der Mitte nach den Kanten hin zunimmt. Ein Anschwellen
während des folgenden Preßvorganges, bei dem der Streifen in Rohlinge geschnitten
und in halbzylindrische Lager eingepreßt wird, ist dann zulässig.
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In Abänderung der zuletzt erwähnten Methode kann auch der die Zwischenschicht
bildende Barren aus einer Aluminium-Zinn-Legierung mit der Laufschicht durch Walzen
verbunden sein, wobei der Aluminium-Zinn-Legierungsbarren anfangs gewölbt ist, so
daß die Laufschicht in ihrer Dicke fortlaufend von der Mitte nach den Kanten des
Streifens zunimmt. Im allgemeinen wird man jedoch das Gießen des Laufschichtmetalis
auf den Aluminium-Zinn-Barren bevorzugen.
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Bei einem weiteren Beispiel eines erfindungsgemäßen Lagers kann die
Laufschicht aus einer Legierung bestehen, welche aus handelsüblichem Beinaluminium
mit einem Gehalt von 40 bis 50 % Zinn besteht. Diese Legierung hat Eigenschaften,
die denen des Weißmetalls ähnlich sind. Eine derartige Laufschicht kann in einer
Stärke von etwa 0,02 bis 0,15 mm in Lagern oder Lagerwerkstoffen verwendet werden.
Die Bindung einer solchen Laufschicht an die Zwischenschicht kann durch Walzen oder
Angießen erfolgen. Der so erhaltene Bimetallstreifen wird einer Kaltbehandlung wie
Schmieden, Pressen oder Walzenunterzogen und dann entsprechend lang auf eine genügend
hohe Temperatur, nicht unter 225' C, erhitzt, um eine Rekristallisation und
eine Wiederverteilung- der mit Zinn angereicherten Phase zu erreichen. Dabei wird
auch die Duktilität des Bimetallstreifens verbessert. Der so behandelte Bimetallstreifen
wird dann mit der Stahlunterlage nach dem oben beschriebenen Verfahren verbunden.
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Für den Fall, daß die Laufschichten Blei enthalten, soll eine Sperrschicht
eines gegenüber der Diffusion von Blei widerstandsfähigen Metalls zwischen der Laufschicht
und der Zwischenschicht vorgesehen werden, um zu verhüten, daß Blei in das Zinn
hineindiffundiert. Es würde sich sonst ein Zinn-Blei-Eutektikum bilden, welches
bei 183' C schmilzt. Eine solche Sperrschicht besteht z. B. aus Kupfer oder
Aluminium und kann in einer Stärke von 0,0013 bis 0,005 mm aufgebracht werden:-
--Es hat sich gezeigt, daß die nach der Erfindung hergestellten Trimetall-Lager
den gegenwärtig im Gebrauch befindlichen Trimetall-Lagern mit Kupfer-Blei-Zwischenschichten
sowohl in bezug auf ihre Korrosionsbeständigkeit als auch im Fall der Zerstörung
der Laufschicht hinsichtlich einer geringeren Abnutzung an einer weichen, in dem
Lager laufenden Stahlwelle überlegen sind.