DE1527549C - Halbzeug zur Herstellung von Gleit lagerschaltern mit gleichmäßig ausgebil deter dunner Laufschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Halbzeug zur Herstellung von Gleitlagerschalen in der Form geschnittener Platinen aus zwei- oder mehrschichtigem Verbundmaterial, die zu halbzylindrischen Lagerschalen unter Ausüben von Druck auf die Trennflächen geformt werden.

Die Lebensdauer von Gleitlagern, insbesondere hochbelasteter Gleitlager, wie sie beispielsweise in Verbrennungsmotoren verwendet werden, hängt sehr wesentlich von der Dicke der Laufschicht ab. Mit abnehmender Schichtdicke nimmt die Lebensdauer zu. Aus diesem Grunde ist die Herstellung von Lagerschalen mit sehr dünnen und gleichmäßigen Schichten außerordentlich wichtig.

Gleitlager für mittlere Belastung bestehen aus einer Stahlstützschale 1 (Fig. 1) und einer aufgebrachten Weißmetallschicht 2. Diese Lager werden bei Großserienfertigung aus einem mit Weißmetall beschichteten Stahlband hergestellt. Beim Formen dieser Lagerschalen durch Pressen zur halbzylindrischen Form muß zur Erzielung der einwandfreien Form auf die Trennflächen 4 der Lagerschalen gedrückt werden. Dieses Drücken auf die Trennflächen hat zur Folge, daß unterhalb der Trennflächen eine Verdickung 5 des Stahles eintritt. Diese Verdickung des Stahles ergibt beim fertig bearbeiteten Gleitlager an dieser Stelle eine geringere Dicke der Weißmetallschicht 2. Bei sehr dünnen Schichten besteht die Gefahr, daß die Weißmetallschicht 2 an diesen Stellen ganz entfernt wird und der Stahl an die Oberfläche kommt.

Aus diesem Grunde ist es bekanntgeworden, bei Weißmetallschichtdicken von etwa 0,1 mm ein Stahlband mit leicht balliger Form zu verwenden. Das _vStahIband ist seitlich an den Stellen, an denen später die Verdickungen 5 eintreten, um einen entsprechenden Betrag dünner, so daß diese. Verdickungen in ihrer Wirkung abgeschwächt werden. Diese Verdickungen des Stahles treten jedoch nur örtlich und nicht gleichmäßig über die gesamte Breite der Lagerschale auf, so daß in der Nähe dieser Verdickungen 5 in der Weißmetallschicht nach wie vor starke Dickenschwankungen vorhanden sind. Die untere Grenze für die Dicke der Weißmetallschicht 2 liegt daher bei dieser Art der Fertigung bei etwa 0,1 mm. Um geringere Schichtdicken gleichmäßig herstellen zu können, mußten andere Wege gesucht werden.

Für sehr hohe Lagerbelastungen verwendet man sehr häufig sogenannte »Dreistofflager«, die aus einer Stahlstützschale, einer Zwischenschicht und einer sehr dünnen Weißmetallschicht bestehen. Diese Lager werden folgendermaßen hergestellt:

Ein Stahlband wird mit einer Metallschicht (Zwischenschicht) überzogen. Man verwendet bevorzugt Blei-Bronze oder eine Aluminiumlegierung. Im folgenden soll diese Schicht durchweg als Zwischenschicht bezeichnet werden. Aus diesem beschichteten Band werden rechteckige Platinen ausgestanzt. Diese Platinen werden in einem Gesenk zu halbzylindrischen Lagerschalen geformt. Anschließend werden diese Lagerschalen mechanisch bearbeitet. Mit einem der letzten Arbeitsgänge wird als Laufschicht eine dünne Weißmetallschicht von etwa 0,02 . . . 0,05 mm Dicke galvanisch aufgetragen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nicht jede gewünschte Lagerlegierung als Laufschicht verwendet werden kann; denn nur wenige Lagcrlcgierungeii lassen sich galvanisch abscheiden. Zum anderen tritt noch der wirtschaftliche Nachteil hinzu, daß das Aufbringen der Laufschicht an den fertigen Lagern in besonderen Vorrichtungen erfolgen muß und nicht das Band bereits mit der Laufschicht versehen werden kann. Würde man nämlieh das aus Stahl und Zwischenschicht bestehende Bimetallband schon vor dem Formen der Lagerschalen zusätzlich mit einer Weißmetallschicht versehen, so würden ähnliche Verdickungen in der Stahlstützschale 1 und der Zwischenschicht 3

ίο (Fig. 2) auftreten, und die Weißmetallschicht 2 des fertigen Lagers würde dann ebenfalls die oben beschriebenen Dickenunterschiede aufweisen bzw. bei sehr dünnen Schichten stellenweise ganz entfernt sein.

Die oben an Hand der Herstellung von Lagerschalen erläuterten Erscheinungen treten auch in analoger Weise bei den bekannten Herstellungsverfahren für Lagerbüchsen, also bei zylindrischen Lagern, auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbzeug zum Herstellen von Gleitlagerschalen zu schaffen, bei dem die beim Formen der Gleitlagerschalen bisher auftretenden Verdickungen an den die Festigkeit des Lagers begründenden Trägerschichten von vornherein vermieden werden. Dadurch soll bei einfachen Verbundlagern die vor dem Formen des Lagers aufzubringende Laufschicht, beispielsweise Weißmetallschicht, zur Erhöhung der. Dauerschlagfestigkeit des Lagers dünner ausgebildet werden können. Bei Dreistofflagern soll durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen werden, die spätere Laufschicht des Lagers schon vor dessen Formen aufzubringen, um dadurch von dar Notwendigkeit einer galvanischen Aufbringung und den damit verbundenen erhöhten Herstellungskosten und Beschränkung auf galvanisch aufbringbare Legierungen frei zu werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung das zu Lagerschalen zu verarbeitende Verbundmaterial mit über seine Breite verschiedenen Durchschnittsfestigkeitswerten, über die Materialdicke gemittelt, ausgebildet, derart, daß an denjenigen Stellen, an welchen bei der Verformung des Verbundmaterials Verdickungen durch Zusammenstauchen zu erwarten sind, erhöhte Durchschnittsfestigkeitswerte vorgesehen sind. Im wesentlichen soll das so vorbereitete Band aus Verbundmaterial in seinem mittleren Bereich eine geringere Festigkeit aufweisen als in denjenigen Bereichen, in welchen bisher die durch die Erfindung zu vermeidenden Verdickungen aufgetreten sind.

Die Erzeugung der Bereiche unterschiedlicher Festigkeit kann im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weisen erfolgen. Beispielsweise kann das Verbundmaterial zur Herstellung von Bereichen unterschiedlicher Festigkeit einer Behandlung durch Wärme und bzw. oder Walzen unterworfen worden sein. Dies läßt sich durch eine bestimmte Profilgebung des Bandes und Wärmebehandlung durch-

fi° führen. Wird das Band nach der Wärmebehandlung nochmals gewalzt, so läßt sich an zuvor dickeren Stellen in den Randbereichen des Bandes eine höhere Härte erzielen.

Unter anderem ist es auch möglich, eine gezielte Wärmeeinwirkung auf die Mitte des Bandes durchzuführen. Hierbei ist dann kein besonderes Profilieren oder weiteres Walzen zur Erzielung der Festiukei(:;iintoTschiedc notwendig.

Das Halbzeug gemäß der Erfindung läßt sich aber auch in der Weise verwirklichen, daß man ein Bimetallband verwendet, bei dem die Schichten über die Bandbreite variierende Dicken aufweisen. So kann man z. B. ein Stahlband 11 (F i g. 3) nehmen, das in der Mitte etwa 15 °/o dünner als in den seitlichen Randbereichen ist. Auf dieses Stahlband wird dann die Zwischenschicht 13, beispielsweise aus Blei-Bronze, in der Mitte entsprechend dicker aufgetragen, so daß der Querschnitt des Bimetallbandes wieder nahezu rechteckig ist. Durch die unterschiedliche Materialfestigkeit von Stahl und Blei-Bronze ist die durchschnittliche Festigkeit, gemittelt über die Banddicke, im mittleren Bereich des Bimetallbandes geringer als an dessen Randbereichen. Ein derartiges Bimetallband wird dann mit einer Weißmetallschicht 12 belegt und in Querrichtung zu Platinen geschnitten, wobei die Länge der Platinen im wesentlichen der Breite des Bandes entspricht. Diese Platinen weisen an ihren Endbereichen größere durchschnittliche Festigkeit als in ihrem mittleren Bereich auf. Werden aus diesen Platinen dann Lagerschalen gepreßt, so läßt sich infolge der Festigkeitsunterschiede, d. h. größeren durchschnittlichen Festigkeit der Platinen-Endbereiche, eine Verdickung in der Nähe der Trennflächen weitgehend verhindern (F i g. 4). Die im Stahlband 11 und in der Zwischenschicht 13 verbleibenden Dickenunterschiede sind ohne Bedeutung, da für die Lebensdauer des Lagers in erster Linie die Dicke der Weißmetallschicht 12 ausschlaggebend ist.

Der Dickenunterschied von 15 % hat sich bei Blei-Bronze bzw. einer Aluminiumlegierung als Zwischenschicht 13 als besonders günstig erwiesen. Das erfindungsgemäße Halbzeug ist aber bereits bei etwa 3 °/o bis 5 % Dickenunterschied wirksam. Wie groß der Dickenunterschied gewählt werden muß, richtet sich nach der Genauigkeit, mit der die Schichtdicke des Weißmetalls eingehalten werden muß. Außerdem ergeben sich etwas andere Werte, wenn für die Zwischenschicht 13 ein anderes Metall verwendet wird. Bei der Profilierung des Stahlbandes 11 können Härteunterschiede im Stahl auftreten, die den erwünschten Effekt aufheben können. Das Stahlband 11 ist daher nach dem Profilieren einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um diese Unterschiede auszugleichen. Beim Aufgießen von Blei-Bronze auf das Stahlband muß das Stahlband 11 auf über 1000° C erhitzt werden, so daß in diesem Fall keine gesonderte Wärmebehandlung mehr notwendig ist. Auch bei einer Plattierung des Stahlbandes 11 durch Sintern oder Walzen wird häufig ein Erwärmen des Stahlbandes vorgenommen, das gleichzeitig als ausreichende Wärmebehandlung des Stahlbandes angesehen werden kann.

Das erfindungsgemäße Halbzeug ist nicht auf die Verwendung eines Bimetallbandes mit Weißmetallauflage beschränkt, sondern es können beliebig viele Schichten verschiedener Materialfestigkeit (Härte) verwendet werden. Außerdem kann die Laufschicht sowie gegebenenfalls eine oder mehrere darunterliegende Schichten aus Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Epoxyharz, bestehen. Ebenso kann das Halbzeug sinngemäß zur Herstellung von Gleitlagern mit einer über den Umfang veränderlichen Wanddicke (Zitronenbohrung) verwendet werden.'Man muß dann lediglich die Gesamtdicke des Bimetallbandes der Form des Gleitlagers etwas anpassen.

Außerdem kann es vorkommen, daß das Beschichten des Bandes an einem breiten Band vorgenommen wird, das zur Lagerfertigung in Streifen geschnitten wird. In diesem Falle ist für jeden Streifen eine dünne Stelle im Stahlband vorzusehen, und zwar an der Stelle, die später als Lagerscheitel dient.

Die oben im wesentlichen an Hand der Herstellung von Lagerschalen erläuterten Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung lassen sich in analoger Weise

ίο auch für die Herstellung von Lagerbuchsen anwenden, indem die Bereiche erhöhter Festigkeit des Bandes an diejenigen Stellen verlegt werden, an welchen bei der Herstellung von Lagerbuchsen bisher die Verdickungen des Stahlbandes auftreten.

»5 Wenn in der obigen Beschreibung die Bezeichnung Stahlband für das den späteren Lagerrücken bildende Material benutzt wird, so nur deshalb, weil die in Frage stehenden Gleitlager normalerweise mit Stahlrücken versehen sind. Die Erfindung läßt sich aber auch in entsprechender Weise anwenden, wenn der Lagerrücken aus anderem Material, beispielsweise Aluminium, besteht, also bei der Lagerherstellung von einem beschichteten Aluminiumband ausgegangen wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Halbzeug zur Herstellung von Gleitlagerschalen mit gleichmäßig ausgebildeter dünner Laufschicht in der Form geschnittener Platinen aus zwei- oder mehrschichtigem Verbundmaterial, die zu halbzylindrischen Lagerschalen unter Ausüben von Druck auf die Trennflächen geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das zu Lagerschalen zu verarbeitende Verbundmaterial mit über seine Breite verschiedenen Durchschnittsfestigkeitswerten, über die Materialdicke gemittelt, ausgebildet ist, derart, daß an denjenigen Stellen, an welchen bei der Verformung des Verbundmaterials Verdickungen (5) durch Zusammenstauchen zu erwarten sind, erhöhte Durchschnittsfestigkeitswerte vorgesehen sind.

2. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial zur Herstellung von Bereichen unterschiedlicher Festigkeit einer Behandlung durch Wärme und bzw. oder Walzen unterworfen worden ist.

3. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial als Band aus mindestens zwei Schichten (11, 12) unterschiedlicher Materialfestigkeit (Brinellhärte) besteht, deren Dicken über die Bandbreite Unterschiede von mindestens 3 % aufweisen.

4. Halbzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial aus einem Stahlband (11), das an den Stellen, die später als Lagerscheitel dienen, um 3 bis 30 %, vorzugsweise etwa 15%, dünner ist als an den Stellen, die später in die Nähe der Trennflächen des Lagers zu liegen kommen, aus einer darauf befindlichen Schicht (13) aus einer Kupferlegierung, beispielsweise Blei-Bronze oder einer Aluminiumlegierung, und aus einer weiteren Schicht (12), bevorzugt aus Weißmetall, besteht, die später als Laufschicht des Lagers dient.