DE1932736B2

DE1932736B2 - Schmiersystem

Info

Publication number: DE1932736B2
Application number: DE1932736A
Authority: DE
Inventors: Ernest Joseph Wilmington Breton; Robert Earl Newark Murvine
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1968-06-28
Filing date: 1969-06-27
Publication date: 1973-11-08
Also published as: NL167505C; CH528042A; FR2016781A1; IL32488A0; AT309646B; DE1932736A1; BE735273A; BR6910291D0; US3507775A; DE1932736C3; IL32488A; NL6909954A; AT309649B; JPS5019700B1; LU58952A1; ES368849A1; SE366058B; GB1275455A; NO127976B; NL167505B

Description

a) aus 11 bis 15 Atomprozent Kohlenstoff,

1,5 bis 3 Atomprozent Silicium und zu 15

100 Atomprozent ergänzt aus Eisen besteht, wobei die Vickershärte mindestens

150 beträgt, oder der Ein Schmiermittel, welches sich im Zwischenraum

b) mindestens 80 Atomprozent Eisen und zwischen relativ gegeneinander bewegten Flächen mindestens 1 Atomprozent Kohlenstoff 20 (gleitend, reibend, rollend usw.) befindet, sollte zu enthält, wobei die Vickershärte minde- einer vollständigen Trennung dieser Flächen führen, stens 200 beträgt, oder der Diesen Fall bezeichnet man als vollständige hydro-

c) 50 bis 79 Atomprozent Eisen und min- dynamische Schmierung. Die beiden gleitenden Flädestens 1 Atomprozent Kohlenstoff ent- chen werden durch einen relativ dicken, ununterhält, wobei die Vickershärte mindestens 25 brochenen Film aus einem Schmiermittel, in dem sich 400 beträgt, infolge der Reibung ein Druck aufbaut, getrennt. Es

und wobei in den Werkstoffen b) und c) die ¹J^^{1 al}l° ^™ 2"^I* ^Meta"-_Q ^Mf^{a11 νοΓ}· ^In

Summe der Bestandteile Kobalt und Nickel ^{der Techmk ist d:es die} bevorzugte Schmierungsart

weniger als 6 Atomprozent und mindestens ^{da sie} _u,^zu„^d^^m g^enng^sten Reibungskoeffizienten und

die Hälfte des Gewichts der restlichen aus 3° Verschleiß fuhrt .._.,._

Chrom, Molybdän, Mangan oder Wolfram Wenn zwei gleitende Flachen 1 η Gegenwart eines

bestehenden, als Carbide oder in Form einer extrem dünnen Films eines Schmiermittels reiben und

vollständig gehärteten festen Lösung vorliegen- dieser Film an beiden Flachen haftet, so bezeichnet

den Legierungselemente ausmacht, daß es man dies als vollständige Grenzschm.erung. Wenn

ferner 35 das Schmiermittel nicht periodisch erneuert wird, so

2. einen Maschinenteil B enthält, bestehend im ^kann eventuell dieser dünne Film zerstört werden; wesentlichen aus einer Legierung mit einem f. kommt zu einer Metall-Metall-Beruhrung, es treten Mindestanteil von 6 Atomprozent Molybdän die Erscheinungen des Trockenlaufens mit einem und/oder Wolfram, einem Mindestanteil ein -r ^{Reiben und} Verklemmen der Metalle und schließlich intermetallischen Verbindung des Molybdäns ⁴° ^so|^ar mit einem Festfressen ein

und/oder Wolframs, deren Vickershärte 550 ^E'^ne Übergangszone, die als Mischschmierung bebis 1800 beträgt, von 10 Volumprozent des ^^hnf werden kann ist e.ne Kombination der Teils B und die gegebenenfalls in einer Grund- hydrodynamischen und der Grenzschmierung. Unter masse geringerer Vickershärte eingebettet ist, ^diesei\ Bedingungen wird ein Teil der Last, die an wobei der Trockenreibungskoeffizient des ^{45 einer der} «leitenden Metallflachen anliegt, durch einMaschinenteiles A auf Maschinenteil B nicht ^zellf !aufnehmende Bereiche des Schmiermittels, größer als 0,25 ist, und daß es schließlich ^{m dei}? ^S3^ch/^{in Dru}^^k aufgebaut hat, also in Form

3. als die Maschinenteile umgebendes Medium «^ner hydrodynamischen Schmierung aufgenommen, ein solches enthält, welches aus Erdöl-Kohlen- ^DeI ^resthche ™ ^{wird von einem} _f ^{sehr dunnen Fllm} Wasserstoffen mit einem Siedeende nicht über 5° m Form einer Grenzschmierung aufgenommen.
345⁰C, aus aliphatischen Alkoholen mit 1 Bei reiner hydrodynamischer Schmierung ist der bis 12 Kohlenstoffatomen oder aus alipha- Koeffizient der Fluss.gkeitsreibung angenähert protischen Aldehyden mit 4 bis 9 Kohlenstoff- porüonal der Viskosität und Geschwindigkeit und atomen und gegebenenfalls aus einer an sich umgekehrt proportional der Last. Bei echter Grenzschmierwirksamen Stoffkomponents besteht. 55 Schmierung ist der Reibungskoeffizient unabhängig von

Viskosität und Reibungsgeschwindigkeit. Bei geringen

2. Schmiersystem nach Anspruch 1, dadurch ge- Werten von Z · N/p, wobei Z die Viskosität der zugekennzeichnet, daß es einen Maschinenteil B ent- führten Flüssigkeit, N die Laufgeschwindigkeit und ρ hält, welcher aus einer Legierung mit zumindest der Lagerdruck oder die Last ist, bleibt der Reibungs-Atomprozent Molybdän oder Wolfram besteht. 60 koeffizient im wesentlichen konstant. Zwischen der

3. Schmiersystem nach Anspruch 1 oder 2, da- Grenzschmierung und der hydrodynamischen Schmiedurch gekennzeichnet, daß es einen Maschinen- rung befindet sich eine Zone, in der bei Verringerung teil B enthält, in dessen Werkstoff 20 bis 85 Volum- des Wertes Z · N/p der Reibungskoeffizient scharf prozent intermetallische Verbindung vorliegen. ansteigt. Dies zeigt, daß in dieser Zone eine Kom-

4. Schmiersystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, 65 bination von Flüssigkeitsreibung und Grenzreibung dadurch gekennzeichnet, daß es einen M chinen- herrscht. Man bezeichnet diese Zone als Mischreibung, teil B enthält, dessen Werkstoff eine Legierung Bei geringer Geschwindigkeit N und Viskosität Z aus 5 bis 85 Atomprozent Molybdän, 4 bis 56 muß die Last, die auf Flächen ohne ungebührlich

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hohem Reibungskoeffizienten und den damit hervor- werden, bei denen die Probleme der Anwendung gerufenen katastrophalen Effekten, relativ gering ge- üblicher Schmiermittel nicht existieren, halten werden. Demzufolge ist die Anwendung nieder- Das erfindungsgemäße Schmiersystem besteht aus

viskoser Flüssigkeiten als Schmiermittel in den meisten zumindest zwei Maschinenteilen A, B mit relativ industriellen Anwendungsgebieten ausgeschlossen, da 5 zueinander beweglichen Gegenflächen und einem deren Anwendung zu einer wesentlichen Herabsetzung diese Gegenflächen umgebenden Medium zur Schmiedes Lastaufnahmevermögens führt. rung, welches während des Betriebes polymerisierbar Die Schmierung von einander zugekehrten t lachen ist unter Bildung eines Schmiermittels. Es handelt in Dichtungen, Zahnrädern, Lagern und Kolben er- sich um ein Vorschmiermittel. Als Medium werden fordert daiier die Anwendung von viskosen Maieiia- io Erdölkohlenwasserstoffe mit einem Siedeende nicht lien wie Kohlenwasserstofföle, synthetische Öle oder über 345 ⁰C, aliphatische Alkohole mit 1 bis 12 Koh-Fette. Diese Schmiermittel weisen, abgesehen von lenstoffatomen oder aliphatische Aldehyde mit 4 bis ihrer Nichtanwendbarkeit bei verschiedenen Schmier- 9 Kohlenstoffatomen verwendet, stellen wegen einer eventuellen Verunreinigung des Die gleitende oder reibende Fläche des Maschmenablaufenden Verfahrens, verschiedene Nachteile auf. 15 teils A besteht aus einem Eisenwerkstoff, der entweder Werden diese Schmiermittel ununterbrochen über a) aus einer Legierung, enthaltend 11 bis 15 Atomlängere Zeit bei hohen Drücken und erhöhten Tem- prozent Kohlenstoff, 1,5 bis 3 Atomprozent Silicium peraturen angewandt, so neigen sie zu einem Abbau und Rest im wesentlichen Eisen, besteht mit einer oder zu einer Zerstörung. Es bilden sich absetzende Härte von zumindest 150HV oder b) aus einer Le-Produkte oder ein Schlamm infolge von Oxydationen, 20 gierung, enthaltend zumindest 80 Atomprozent Eisen Polymerisationen od. dgl. Dieser Schlamm verschlech- und zumindest 1 Atomprozent Kohlenstoff nut einer teil' die Schmierquaütät eines Schmiermittels und Härte von zumindest 200 HV oder c) aus einer Leführt oft zu einem Kleben der sich relativ gegenein- gierung, enthaltend zumindest 50 bis 79 Atomprozent anderbewegenden Teile. Darüber hinaus kann es zur Eisen und zumindest 1 Atomprozent Kohlenstoff mit Bildung von organischen Säuren während der An- 25 einer Vickershärte von zumindest 400, besteht, wobei wendung des Schmiermittels kommen, offensichtlich in den Werkstoffen b) und c) die Summe der Bestandinfolge einer Oxydation des Öls bei erhöhten Tem- teile Kobalt und Nickel weniger als 6 Atomprozent peraturen. Die Bildung von organischen Säuren be- und wenigstens die Hälfte des Gewichts der restlichen wirkt die Ausbildung von Korrosionen. Legierungselemente aus Chrom, Molybdän, Mangan Weitere Schwierigkeiten treten in Motoren auf, 30 oder Wolfram besteht, die als Carbide oder in vollbeispielsweise in Zweitaktmotoren und in Kreis- ständig gehärteter fester Lösung vorliegen, kolbenmotoren, wenn ein Öl mit Brennstoff gemischt Der Maschinenteil B besteht im wesentlichen aus wird. Durch die Verwendung solcher Gemische kann einer Legierung mit einem Mindestanteil von 6 Atom-Rauch entstehen, oder es treten Störungen bei den prozent, vorzugsweise mit zumindest 12 Atomprozent, Zündkerzen auf. Auch kann ein Fressen der Kolben- 35 Molybdän und oder Wolfram, einem Mindestanteil ringe und Kohlenstoff ablagerungen erfolgen, und es von 10 Atomprozent einer intermetallischen Verbinkönnen sich Kohlenstoffablagerungen bilden. dung des Molybdäns und/oder Wolframs, deren Man könnte große Vorteile erzielen, wenn die bei Vickershärte zwischen 500 und 1800 beträgt, von dem Verfahren zur Anwendung gelangende Flüssig- 10 Volumprozent, vorzugsweise von 20 bis 85 Volumkeit, z. B. Benzin für Verbrennungskraftmaschinen, 40 prozent, des Teils B, die in einer Grundmasse gennselbst als schmierendes Medium der gleitenden Teile gerer Härte eingebettet ist. Der Koeffizient der Trokherangezogen werden könnte. Abgesehen von der kenreibung der Flächen von Bauteil B auf Bauteil A nicht mehr erforderlichen Notwendigkeit eines Hilf- soll nicht größer als 0,25 sein.

systems für die Handhabung des Schmiermittels Das die Maschinenteile umgebende Medium enthält

würde die Anwendung des Verfahrensmediums für 45 Erdöl-Kohlenwasserstoffe mit einem oiedeende nicht die Schmierung zu einer Verbesserung hinsichtlich über 345⁰C, aliphatische Alkohole mit 1 bis 12 Kohder Leistung und Größe, des Gewichtes sowie der lenstoffatomen oder aliphatische Aldehyde mit 4 Kosten für die Vorrichtung führen. Da diese Medien bis 9 Kohlenstoffatomen, es kann gegebenenfalls aus außerdem ununterbrochen während eines bestimmten einer an sich schmierwirksamen Stoffkomponente Verfahrens zur Verfügung stehen, würde die Gefahr 50 bestehen.

einer Verunreinigung durch diese Stoffe mit einer Bei dem erfindungsgemäßen selbstschmierenden

Schlammbildung verringert werden. System sind die Werkstoffe für die Maschinenteile A

Die Erfindung betrifft nun ein Schmiersystem für und B sorgfältig ausgewählt. Die Anwendung eines abrollende Elemente in Lagern, Dichtungen, gleitende umgebenden Mediums wie Benzin zwischen den zuFlügel, Kolben, Kolbenringe, Getriebe u. dgl. mit 55 einander gekehrten und gegeneinander bewegten realtiv zueinander bewegten Flächen, die in Gegen- Flächen stellt eine neue Entwicklung mit wesentlichen wart eines niederviskosen organischen Stoffes funk- Vorteilen dar. An sich werden erfindungsgemäß betionsfähig sind. Auf Grund des erfindungsgemäßen kannte Werkstoffe soweit als möglich für den Ma-Systems ist es möglich, in situ ein niederviskoses or- sch inenteil A und das umgebende Medium angewandt, ganisches Medium, wie Benzin als Dampf oder 60 Für das erfindungsgemäße System von ausschlagge-Flüssigkeit, das an sich als Schmiermittel in unpoly- bender Bedeutung ist jedoch das Baute-] B, we ches merisiertem Zustand ungeeignet ist, in einen visko- ja eine der gleitenden Flächen zur Verfügung stellt in seren Zustand in Form eines polymeren Stoffs um- Kombination mit dem Bauteil A und dem umgebenden zuwandeln, der die Eigenschaft besitzt, eine Grenz- Medium.

schmierung oder auch eine hydrodynamische Schmic- 65 Das Bauteil B kann als die Schmierung bewirkende rung während der Betriebsdauer aufrechtzuerhalten. Fläche bezeichnet werden und ist aufgebaut — wie Erfindungsgemäß können nun Konstruktionselemente oben erwähnt — aus einem relativ weichen Grund- und Bauteile wie Pumpen oder Motoren hergestellt material und der oben definierten Molybdän- oder

Wolfram-Legierung. Die Gegenwart von intermetal- wird mit einem extrem feinen Schleifpapier abgerieben,

lischen Verbindungen ist kritisch. Die bevorzugten Der zu prüfende ebene Bauteil wird auf einem Schlitten

intermetallischen Verbindungen sind solche mit einem montiert und an der Kugel als zweitem Bauteil mit

Gefüge entsprechend der Laves-Phase, wobei es sich einer Geschwindigkeit von 10 μ/sec geführt. Auf der

um tertiäre Systeme von a) Kobalt und/oder Nickel, 5 Kugel lastet ein Gewicht von 1000 g. Die Reibung

b) Molybdän und/oder Wolfram und c) Silicium des flachen Bauteils mit der Kugel wird mit Hilfe

handelt. Derartige intermetallische Verbindungen im eines Meßgerätes für Tangentialspannung ermittelt.

Gemisch mit einer weicheren Grundmasse auf der Der Wert für die Trockenreibung ergibt sich aus dem

Basis der gleichen Legierungseleniente sind als Quotienten der Tangentialkraft, die erforderlich ist,

Schutzüberzüge für Verschleißschichten zur Verhin- io den Prüfkörper zu bewegen, und der Belastung (im

derung des Abriebs, der Oxydation und Korrosion vorliegenden Fall beträgt die Belastung 1000 g).

des darunterliegenden Werkstückes verwendet worden. Aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlich-

Legierungen von Kobalt, Molybdän und Silicium, keit soll die Erläuterung der kritischen Faktoren des

enthaltend derartige Laves-Phasen, sind als Werk- Erfindungsgegenstandes in drei Abschnitten erfolgen,

stoffe z. B. für Gasturbinenschaufeln, Schmiede- 15 Im ersten Abschnitt erfolgt die Beschreibung der

formen, Strangpreßköpfe, Auslaßventile für Otto- Kontaktfläche des Bauteils B, die man auch als

und Dieselmotoren und Ofenbefestigungen, wo es Schmiermittel liefernde Fläche bezeichnen könnte,

überall auf sehr enge Toleranz ankommt, bekannt Im zweiten Abschnitt erfolgen Erläuterungen be-

(USA.-Patentschrift 3 180 012). Die Härte und Sprö- züglich der Kontaktfläche des Bauteils A, die auch als

digkeit derartiger Laves-Phasen sind berüchtigt, so 20 Paßfläche bezeichnet werden kann,

daß es außerordentlich überraschend ist, daß gerade Der dritte Abschnitt umfaßt Erläuterungen im

Werkstoffe, enthaltend derartige Phasen, in den Hinblick auf das umgebende Medium (auch Verfah-

Gleitflächen von selbstschmierenden Systemen an- rensmedium, Trägermedium oder ganz einfach Me-

gewandt werden können. dium genannt).

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfin- as

dungsgemäßen Einrichtung, die obige Eigenschaften 1. Die Schmiermittel liefernde Fläche
aufweist, sollte eine relativ bewegliche Fläche aus

einer Legierung mit 6 bis 85, vorzugsweise 19 bis Die Auswahl des Werkstoffs für die Schmiermittel 25 Atomprozent Molybdän, 4 bis 56, vorzugsweise liefernde Fläche erfolgt auf Grund von drei bestimmten 4 bis 22 Atomprozent Silicium und aus einem Rest 30 Kriterien: nämlich der chemischen Zusammensetzung, mit im wesentlichen 10 bis 90 Atomprozent Eisen, der physikalischen Struktur und der physikalischen Kobalt oder Nickel, vorzugsweise 53 bis 77 Atom- Eigenschaften. In bezug auf die chemische Zusammenprozent Kobalt bestehen. Die andere relativ beweg- Setzung sollte der Werkstoff mindestens 6 Atomproliche Fläche soll aus einer Legierung mit 1 bis 7 Atom- zent Molybdän oder Wolfram enthalten. Im Hinblick prozent Kohlenstoff mit bis zu 13 Atomprozent 35 auf das physikalische Gefüge sollten im Werkstoff Chrom sowie aus einem Rest mit im wesentlichen 80 zumindest 10 Volumprozent einer intermetallischen bis 98 Atomprozent Eisen bestehen. Das Medium Verbindung, die Molybdän bzw. Wolfram enthält, soll vorzugsweise Benzin sein. Wenn die erste gleitende vorliegen. Der Werkstoff sollte einen Trockenrei-Fläche aus einer Wolframlegierung besteht, kann es bungskoeffizient gegen die Paßfläche von nicht mehr wegen des hohen Schmelzpunktes von Wolfram 40 als 0,25 haben. Die intermetallische Verbindung soll schwierig sein, mehr als 25 Atomprozent Wolfram eine Vickershärte zwischen 550 und 1800 aufweisen; in die Legierung aufzunehmen. diese kann gegebenenfalls in einer Grundmasse vor-Es wird darauf hingewiesen, daß neben dem Mo- liegen, die jedoch eine geringere Härte als die interlybdän und dem Wolfram in der einen gleitenden metallische Verbindung besitzt.
Fläche und dem Eisen in der anderen gleitenden 45 Die oben beschriebene Legierung besitzt erfin-Fläche in beiden Flächen weitere Legierungselemente dungsgemäß die Eigenschaft, ein Schmiermittel zu vorliegen können, vorausgesetzt, daß die obengenann- erzeugen, wenn sie in einer gleitenden Bewegung in ten Kriterien hinsichtlich der Vickershärte. der inter- Gegenwart eines Mediums gehalten wird, welches metallischen Verbindung und des Trockenreibungs- in einen Stoff mit schmierenden Eigenschaften umkoeffizienten erfüllt sind. Es können auch geringe 50 gewandelt werden kann. F i g. 1 zeigt einen Ver-Mengen eines feuerfesten Metalloxids (USA.-Patent schleißprüf er. Der Verschleiß sowohl der Schmier-3 317 285) in der Legierung enthalten sein. Bei An- mittel liefernden Legierung als auch der Paßfläche wendung der erfindungsgemäßen Einrichtung für in Form eines Bezugsringes soll bei 50 000 PV weniger gleitende Maschinenelemente kann die Leistung weiter als 0,1 mm in 100 Stunden betragen, wie mit Hilfe gesteigert werden durch Optimierung der Topo- 55 eines Mikrometers oder durch Auswiegen ermitteil graphie, der Nutung und des Spiels der beiden glei- werden kann. Der Reibungskoeffizient liegt dann tenden Rächen. unter 0,2. Die Prüfbedingungen wurden so festgelegt, Der »Trockenreibungskoeffizient« wird wie folgt daß sich während des Betriebs ein Schmierzustand an der Luft bestimmt: unterhalb der vollständig hydrodynamischen Schmie-Eine im wesentlichen ebene metallische »Kontakt- 60 rung einstellt und es somit zu einer Einwirkung vor fläche« des Bauteils mit der geringeren Vickershärte Metall auf Metall kommt. Auf diese Weise lassei (üblicherweise Bauteil B) wird metallographisch po- sich Verträglichkeit und physikalische Eigenschaft« liert und mit Aceton gewaschen, damit eine glatte, der Metallkombinationen messen. Es wird angenom reine Fläche gewährleistet ist Eine Kugel — Durch- men, daß sich das Schmiermittel nicht ununterbro messer 4,76 mm — oder ein Gegenstand mit einer 65 chen bildet und nur weiteres Schmiermittel gebilde spärischen Fläche — Radius 2,38 mm — in der Nähe wird, wenn das erste aufgebraucht ibt.
des Berührungspunktes mit der ebenen Fläche aus F i g. 1 zeigt schematisch das hier verwendete Vei dem härtenden Werkstoff (üblicherweise Bauteil A) Schleißprüfgerät. Es ist typisch für Axiallager uni

eignet sich für die Bewertung des Erfindungsgegenstandes. Der zu prüfende Bauteil A12 wird mit Hilfe des Gleichstrommotors 10 gedreht. Die Reibung zwischen dem Ring 11 des Bauteils B und dem Prüfkörper bewirkt ein Drehmoment in der Achse 13. Diese wird an einer Drehung durch den Hebelarm 14 in Verbindung mit einem Spannungsmeßgerät 15 gehindert. Die Spannung wird kontinuierlich auf einem Schreiber aufgezeichnet. Sie wird nach entsprechender Eichung als Gewicht abgelesen. Auf Grund der Konstruktion dieses Meßsystems kann die Tangentialkraft an dem Prüfkörper berechnet werden. Der Reibungskoeffizient entspricht der Tangentialkraft gebrochen durch die Normallast, die ein Zusammendrücken des Prüfkörpers und Verschleißrings 11 bewirkt. Der Verschleiß wird aus dem Gewichtsverlust und aus der Längenabnahme mit Hilfe eines Mikrometers bestimmt. Die Untersuchungen werden bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Prüfkörpers von 60 m/min unter verschiedener Last durchgeführt. Das Produkt P · V erhält man durch Multiplizieren der Last, bezogen auf die wahre Berührungsfläche mit der Geschwindigkeit.

Die gleitenden Flächen des Prüfkörpers 12 und Ringes 11 sind abgeschliffen auf parallel und dann geläppt mit einem Schleifpapier der Körnung 37 μηι bei 100^ C im Vakuum. Sie werden zumindest 1 Stunde getrocknet und dann auf 0,1 mg bzw. 2,5 μτη gewogen und gemes:en. Sodann werden sie in das Prüfgerät der F i g. 1 montiert. Der Behälter 16 wird mit Benzin oder einer anderen Flüssigkeit 17 gefüllt. Zur Verringerung der Verdampfung wird der Behälter gekühlt. Nur unter dem Gewicht der Achse 13 und des Hebelarms 14 lief das Prüfgerät 1 bis 2 Minuten mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 650 UpM entsprechend 60 m/min. Anschließend wirci die Prüflast aufgegeben und das Gerät 18 bis zu 20 Stunden in Betrieb gehalten. Infolge von Verdunstung mußte alle 4 bis 6 Stunden Flüssigkeit nachgefüllt werden. Nach dieser Prüfzeit wurden Prüfkörper 12 und Ring 11 im Vakuum getrocknet, ausgewogen und gemessen. Während des Laufs mit der obengenannten Geschwindigkeit kann die Last durch Auflage von 9,1-kg-Gewichten erhöht werden. Mit jedem neuen Gewicht soll das Prüfgerät 30 Minuten bis zum Auftreten von Fehlererscheinungen betrieben werden.

In den folgenden Beispielen wird die Untersuchung verschiedener Werkstoffe in dem Prüfgerät der F i g. 1 beschrieben. Aus diesen geht die Bedeutung der oben aufgeführten Eigenschaften der Schmiermittel liefernden Fläche hervor.

Beispiele 1 bis 10

In der Tabelle 1A sind die Legierungselemente für Werkstoffe im Rahmen der Erfindung und in der Tabelle 1B die Legierungselemente von Vergleichswerkstoffen aufgeführt. Die Werkstoffe wurden erhalten durch Mischen der Elemente, durch Einschmelzen und durch Gießen auf Scheiben von 38 mm Durchmesser und von 4,76 mm Stärke. Diese Platten wurden zur Anwendung in dem Prüfgerät der F i g. 1 abgearbeitet, mit Ausnahme von Beispiel 7 handelt es sich um »Stähle Elastuf 44«, enthaltend 2,1 Atomprozent C, 1 Atomprozent Cr, 0,1 Atomprozent Mo, 0,4 Atomprozent Si, 0,9 Atomprozent S. Der Rest besteht aus 93,6 Atomprozent Fe. Als Flüssigkeit wurde Benzin verwendet. Die im Beispiel 7 beschriebene Legierung besteht aus 95,9 Atomprozent Fe und 4,3 Atomprozent C, gehärtet auf 510 HV.

In den Tabellen IA, IB sind die Ergebnisse mit den erfindungsgemäßen Produkten 1 bis 10 und den Vergleichsprodukten A bis K zusammengestellt. Die Vergleichsprodukte C bis J enthielten zumindest 6 Atomprozent Molybdän und zumindest ein weiteres Legierungselement. Bestimmte Legierungselemente können möglicherweise mit Molybdän eine intermetallische Verbindung bilden, jedoch enthalten diese Werkstoffe nicht zumindest 10 Volumprozent irgendeiner intermetallischen Verbindung, wie dies bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen der Beispiele 1 bis 10 der Fall ist. Der mit * bezeichnete Werkstoff des Beispiels 1 ist bei 480⁰C 4 Stunden angelassen worden.

Der Wirkstoff des Beispiels 4 enthielt zusätzlich 5 Atomprozent Silber und der des Beispiels 5 12 Atomprozent Chrom. Unter den Vergleichsprodukten enthielt der Werkstoff B 21,1 Atomprozent Chrom, 3,6 Atomprozent Titan und 3,2 Atomprozent Aluminium und der Werkstoff G 19 Atomprozent Chrom und 2 Atomprozent Wolfram.

Tabelle IA

Beispiel	Mo	Atomprozent	Fe	Ni	Si	Trocken reibungs koeffizient	HV der inter metallischen Verbindung	Reibungs koeffizient	PV	Verschleiß nach lOOStunden
	6	CO	64	10					kg · m/min	μπι
1*	9	20	81	—	10	0,15	900 bis 1200	0,13	8 280	38
2	13	—	—	75	12	0,25	1100	0,15	35 900	—
3	16	—	23	—	56	0,09	1100	0,13	82 800	35,5
4	19	—	—	65	4	0,23	1100	0,12	62 000	35,5
5	19	—	—	—	4	0,10	950 bis 1200	0,11	44100	25,4
6	22	77	—	—	22	0,11	1050	0,11	27 600	2,54
7	24	56	—	63	13	0,07	1100	0,10	166 000	—
8	63	—	—	—	37	0,11	1050	0,11	87 000	53,2
9	85	—	—	—	—	0,22	800	0,10	69 000	38,0
10	15		0,11	1150	0,10	91000	50,2

	Mo	9	97	—	1 932 736	Si	Trocken reibungs koeffizient	0,34	0,14	A	Reibungs koeffizient	r	10	Verschleiß nach 100 Stunden um
	3		94	—			0,19	0,12	0,15		0.13		164
	3		5,1	49	Tabelle IB	-	0,31	0,25	0,16		fressen	PV kg ■ rn min '	fressen
Verg'eich	6		91	—	—	0.46	- j 0,35	fressen	11 700	fressen
Λ	6		—	—	i j —	—	0,17	fressen	2510
B	9		6	61		—	fressen	fressen	fressen
C	10		87	—	—	—	0,14	41 500	400
D	12		5	80	—	fressen	fressen	fressen
R	13	Atomprozent Co j Fe Ni	—	—	fressen	24 800	fressen
F	15	97	—	—	fressen	fressen	fressen
G	17	—		0,15	fressen	1065
H	100	—	0,16	fressen	22S
I		η	6 900
J	—	13 800
K	90
	—
	—
	—
83

Beispiele 11 bis 14

Jn diesen Beispielen wurde an Stelle von Molybdän Wolfram in den Werkstoffen angewandt. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften der Werkstoffe in diesen Beispielen sowie der Vergleichsprodukte L bis O sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt. In den erfindungsgcmäßen Werkstoffen waren wieder zumindest 10 Volumprozent einer intermetallischen Verbindung des Wolframs enthalten, nicht jedoch in den Vcrgleichsprodukten. Das Vergleichsprodukt L enthielt 50 Atomprozent Kohlenstoff, es handelte sich also hierbei um Wolframcarbid. Das Vergleichsprodukt N enthielt 5 Atomprozent Chrom. 4 Atomprozent Kohlenstoff und 1 Atomprozent Vanadium. Die gleichen Mengen waren in dem Vergleichsprodukt O enthalten. Aus obigem geht hervor, daß die Anwesenheit von zumindest 10 Volumprozent intermetallischer Verbindungen des Molybdäns bzw. Wolframs in der Kontaklfläche des Bauteils B erfindungswesentlich sind. Diese intermetallischen Verbindungen treten in den rneisicn Fällen als Zwischenphase oder sekundäre Phase innerhalb einer festen Lösung oder Grundphasc auf. Sie variiert in Menge und Feinheit und kann verschiedene Typen aufweisen. Menge und Art wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, wie die spezielle chemische Zusammensetzung und die Art des Legierungsmetalls, die Länge einer speziellen Temperaturbehandlung und die Abkühlgcschwindigkeit. Die im Rahmen der Erfindung zweckmäßigen intermetallischen Verbindungen sollen als topologisch dichte Packung vorliegen. Es handelt sich also um s-, *-, μ- oder Lavesphasen, ferner um Halbcarbide des Typs M₈C oder M₂₃C₆ sowie um MoSi₂. Die Anwesenheit sowie die Anzahl der intermetallischen Verbindungen läßt sich entweder durch Röntgenbeugungsanalyse oder mctallographisch ermitteln. So liegen z. B. in dem Werkstoff nach Beispiel 6 (77% Co, 19°/₀ Mo, 4°/₀ Si) 20 Volumprozent einer Lavesphase in Form einer intermetallischen Verbindung vor. In dem Werkstoff gemäß Beispiel 9 liegt eine reine intermetallische Verbindung MoSi₂ ohne Grundmassc vor.

In den Fällen, in denen eine relativ weiche Grundmasse oder Matrix vorliegt, konnte beobachtet wei den, daß diese bevorzugt verschleißt und die intermetalli-

a5 sehe Verbindung als Relief zurückläßt.

Es wird angenommen, daß sich das Medium und das aus dem Medium gebildete Schmiermittel in diesen Mikrohohlräumen sammeln. Im Bereich des Bauteils B wird dadurch bei gleitender oder abwälzender Bewegung auf dem Bauteil A eine gute Schmierwirkung erzielt.

Eine wichtige Funktion im Rahmen der Erfindung übernehmen die intermetallischen Verbindungen mit dem Gefüge von Lavesphasen. Diese sind durch ein ternäres System gekennzeichnet, wie Kobalt—Molybdän—Silicium, Nickel—Molybdän—Silicium. Kobalt—Wolfram—Silicium oder Nickel—Wolfram— Silicium. Diese Legierungen (USA.-Patemschrift 3 257 178) stellen die bevorzugten Werkstoffe für den Bauteil B in der Paßfläche dar. Nach dieser USA.-Patentschrift werden diese Legierungen wie folgt charakterisiert: Sie enthalten im wesentlichen einen beträchtlichen Anteil von zumindest einem 1. Metall und einen beträchtlichen Anteil von zumindest einem

2. Metall und darüber hinaus Silicium, wobei das

1. Metall Molybdän oder Wolfram ist und das

2. Metall Kobalt oder Nickel. Die Summe der Anteile beider Metalle soll zumindest 60 Atomprozent in dem Werkstoff betragen. Die Anteile an Silicium und die relative Menge der Metalle 1 + 2 sollen so ver teilt sein, daß 30 bis 85 Volumprozent dieser Legierung in der Lavesphase vorliegt. Die Lavesphase ist ir einer relativ weichen Grundmasse der restlichen 7( bis 15 Volumprozent Legierung eingelagert.

Die entsprechenden Mengen an intermetallischei Verbindung sind kritisch. Dies geht besonders deutlicl aus einem Vergleich des Werkstoffs nach Beispiel \ mit dem Vergleichsprodukt E hervor. In beidei Legierungen sind 9 Atomprozent Molybdän in Eisei als Hauptbestandteil vorhanden. Bei der erfindungs gemäßen Legierung nach Beispiel 2 sind jedoci 10 Atomprozent Silicium vorhanden. Dieses Siliciun zusammen mit Vanadium, Niob und Tantal sird be kannte Stabilisatoren oder Mineralisatoren für intei metallische Verbindungen in metallischen Legierunge: und bilden ternäre intermetallische Verbindunge: über 10 Volumprozent Bei der binären Eisenmc lybdän-Legierung des Vergleichsprodukts B und <

mit gleichem Atomverhältnis ist jedoch die Menge an intermetallischer Verbindung nicht ausreichend. Aus dem Vergleich sieht man, daß das binäre Vergleichsprodukt zu einem hohen Trockenreibungskoeffizienten und Fressen an der Paßfläche in dem Prüfgerät führt, wohingegen die ternäre Masse nach Beispiel 2, obzwar sie ähnliche Anteile an Molybdän besitzt, eine sehr zufriedenstellende Schmiermittel bildende Legierung ist. Ähnliches ergibt der Vergleich des Vergleichsprodukts J in Form einer binären Molybdän-Kobalt-Legierung, die nicht zumindest 10 Volumprozent intermetallische Verbindung aufweist, mit den erfindungsgemäßen Werkstoffen der Beispiele ο und 7 in Form der ternären Molybdän-Kobalt-Silicium-Legierung und intermetallischen Verbindungen in Form von Lavesphasen über 10 Volumprozent.

Eine Ausnahme ergibt sich bei Betrachtung des Vergleichsprodukts L der Tabelle 2. Wolframcarbid, welches im Sinne der vorliegenden Erfindung als intermetallische Verbindung bezeichnet werden kann, ergibt keine Wirksamkeit in dem Sinne der Erfindung. Obzwar dieses Material außerordentlich hohe Ver-Schleißfestigkeit besitzt, hat es eine Vickershärte über 2500. Diese Härte führt zu einem übermäßigen Verschleiß der Paßfläche des Bauteils A und nicht zu einer Schmierung.

Tabelle

Beispiel	W	At Co	jmproz Fe	;nt Ni	Si	Trocken reibungs koeffizient	HV der inter metallischen Verbindung	Reibungs koeffizient	PV kg · m/min	Verschleiß nach lOOStunden μιη
11	7		82		11	0,23	1000	0,13	44100	15,2
12	15	—	—	75	10	0,09	600 bis 900	0,11	105 000	20,3
13	21	—	—	52	27	0,11	600 bis 900	0,10	77 400	2,54
14	21	59	—	—	20	0,08	800 bis 1150	0,11	37 300	38
Ver gleich
L	50	—	—	—	—	0,11	2500 bis 2600	0,50	135 000	855
M	3	—	—	97	—	0,37	—	fressen	fressen	fressen
N	6	—	84	—	—	0.23	—	fressen	fressen	fressen
O	8	13	68	—	—	0,11	—	fressen	fressen	fressen

Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Vergleichsprodukte G und 1 bzw. Vergleichsprodukt D eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie die erfindungsgemäßen Werkstoffe besitzen. Jedoch sind die Legierungen G und 1 im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit und der Vergleichswerkstoff D im Hinblick auf hohe Betriebstemperaturen entwickelt worden. Molybdän und Wolfram werden hier in der Grundmasse als Metalle in Lösung gehalten und bilden keine Verbindung. Wie aus dem Aufsatz von Streicher in »Corrosion« Vol. 19, Nr. 8, August 1963, S. 272 bis 284, hervorgeht, führt die Bildung von Molybdän- oder Wolframverbindungen, ζ. Β. von Laves- oder Sigmaphasen, zu einer Beschleunigung der Korrosion. Schließlich geht aus dem Aufsat7 von S i m m s in »Journal of Metals«, Oktober 1966, S. 1119 bis 1130, hervor, daß die Bildung dieser Verbindungen für die Anwendung des Werkstoffs bei hoher Temperatur sehr unerwünscht ist. Ohne Bildung dieser intermetallischen Verbindungen sind jedoch diese Produkte im Sinne der Erfindung nicht brauchbar.

2. Paßfläche

Für die Auswahl des Werkstoffs für die Paßfläche des Bauteils A sind deren chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften von Bedeutung. Die Werkstoffe können in drei Gruppen unterteilt werden, wobei die ersten beiden bevorzugt werden.

Die erste Gruppe umfaßt Graphit enthaltendes Gußeisen. Es handelt sich hierbei um Grauguß und schmiedbares Gußeisen. Der Kohlenstoffgehalt

60 schwankt zwischen 11 und 15 Atomprozent, der Siliciumgehalt zwischen 1,5 und 3 Atomprozent. Der Rest besteht aus Eisen und Spuren anderer Metalle. Die Härte kann bis herunter auf 150 HV gehen. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit von Kohlenstoff in Form von Graphit den Einfluß der Weichheit ausschaltet. Diese Werkstoffe eignen sich als Kolbenringe, Zylinderwände u. dgl. mit geringer Schmierung.

Die zweite Gruppe umfaßt Eisenlegierungen mit zumindest 80 Atomprozent Eisen und zumindest 1 Atomprozent Kohlenstoff. Die Häne beträgt zumindest 200HV. Unter die zweite Gruppe fallen weißes Gußeisen, Kohlenstoffstähle, die meisten Werkzeugstähle und in ihrem unteren Bereich die martensitischen korrosionsbeständigen Stähle. Diese Stähle sollen vorzugsweise eine Härte von über 270 HV besitzen.

Zur dritten Gruppe gehören Eisenlegierungen mil 50 bis 79 Atomprozent Eisen, und mit zumindesi 1 Atomprozent Kohlenstoff. Die Vickershärte betrag· zumindest 400. Unerwünscht sind ferritische und di< meisten austenitischen korrosionsbeständigen Stähle Es ist möglich, verformungsgehärtete niederlegieiK Nickellegierungen oder austenitischen korrosions beständigen Stahl anzuwenden.

Die wesentlichen Legierungselemente für die zweit und dritte Gruppe sind Chrom, Mangan, Molybdäi und Wolfram. Sie sollen zumindest die Hälfte de Gewichts der restlichen Legjerungselemente (mi Ausnahme von Eisen und Kohlenstoff) ausmacher In erster Linie sollen sie als ausgeschiedene Carbid oder in Form einer vollständig gehärteten feste

Lösung vorliegen, ζ. B. in der martensitischen Phase des Eisens. Nickel und Kobalt sind unerwünscht, die Summe dieser Legierungselemente sollte daher weniger nls 6 Atomprozent betragen.

In den folgenden Beispielen sind Werkstoffe für Paßflächen und die Untersuchungsergebnisse in dem Prüfgerät der F i g. 1 zusammengefaßt.

Beispiele 15 bis 20

Im Sinne der Beispiele 1 bis 10 wurden die Prüfkörper hergestellt und untersucht. Als Schmiermittel bildende Legierung wurde die Legierung des Bei-

spiels 7 verwendet. Es handelt sich in diesem Fall um eine Legierung, die aus 56 Atomprozent Kobalt, 22 Atomprozent Molybdän und 22 Atomprozent Silicium besteht. In der Tabelle 3 sind die Zusammen-Setzungen und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Werkstoffe und von vier Vergleichsprodukten zusammengestellt.

Das Vergleichsprodukt B enthält 80 Atomprozent Nickel, das Vergleichsprodukt C noch 11 Atomprozent Nickel und 2 Atomprozent Silicium und das Vergleichsprodukt D 9 Atomprozent Nickel, 2 Atomprozent Silicium und 2 Atomprozent Mangan.

Tabelle 3

Beispiel	Fe	Atomprozent	C	Cr	Mo	V	HV	Reibungs koeffizient	PV	Verschleiß nacli lOOStundcn
	95,7	4,3			_			kg · m/min	am
15	88	4	5	1	2	510	0,1	166 000	_
16	88	4	5	1	2	210	0,1	44 500	—
17	80	6,6	12	0,4	1	740	0,11	186 000	12,7
18	80	6,6	12	0,4	1	200	0,1	152 000	28,0
19	86,5	13,5	—	—	—	740	0,1	228 000	0,5
20						200	0,1	6 700	1,27
Vergleich	100	—	—	—	—
A	5	—	—	15	—	80	0,15	44 500	132
B	63	1	19	2	—	225	0,12	5 950	920
C	66,5	0,5	20	—	—	155	fressen	fressen	fressen
D		155	fressen	fressen	fressen

Beispiele 21 bis 23 Ergebnisse der Verschleißprüfung sind in der Ta-

Im Sinne der Beispiele 1 bis 10 wurden die Prüf- 40 belle 4 zusammengefaßt.

körper hergestellt und untersucht. Als Schmiermittel Der Werkstoff des Beispiels 21 enthielt 0,3 Atomliefernde Legierung wurde der Werkstoff des Bei- prozent Molybdän, 0,4 Atomprozent Silicium, 0,9 spiels 6 angewandt. Er enthielt 77 Atomprozent Ko- Atomprozent Mangan und 1,7 Atomprozent Schwefel, bait, 19 Atomprozent Molybdän und 4 Atomprozent Das Vergleichsprodukt E enthielt noch 13 Atompro-Silicium. Die Zusammensetzung von diesen Werk- 45 zent Kobalt und das Vergleichsprodukt F 0,6 Atomstoffen sowie von zwei Vergleichsprodukten und die prozent Molybdän.

Tabelle 4

Beispiel	Fe	C	Cr	W	V	HV	Reibungs koeffizient	PV	Verschleiß nach 100 Stunden	2,54
								kg · m/min	μιη	30,5
21	93,6	2,1	1,0			440	0,11	27 600	—
22	90,6	1,8	4,1	2,9	0,6	320	0,12	124 000
23	84	4	5	6	1.0	550	0,11	20 700	1980
Vergleich									109
E	68	4	5	8	2	310	0,40	8 840
F	78,5	3,2	17,7	—	—	580	—	44100

Aus obigen Beispielen und den Vergleichsprodukten der Beispiele 18 und 19 die Wichtigkeit eines miniergibt sich die Notwendigkeit einer minimalen Härte 65 malen Eisengehaltes in der Fläche. Das Versagen eines von 200 HV bei einem Werkstoff von zumindest relativ weichen Materials geht aus dem Vergleichs-80 Atomprozent Fe in der Paßfläche. Die Vergleichs- produkt A hervor,
produkte B bis F zeigen gegenüber den Werkstoffen

I 932 736

3. Umgebendes Medium

Die bedeutendste Eigenschaft des erfindungsgemäßen Systems ist seine Fähigkeit, bestimmte Medien unter Bildung eines Schmiermittels in situ zu polymerisieren, ohne daß dabei ein äußeres Produkt erforderlich ist, welches nicht wesentlich für das Funktionieren des Systems ist, wie ein schweres Erdölprodukt, z. B. Motorenöle, Schmiermittel oder Schmierfette. Gemäß der Erfindung werden in erster Linie Systeme mit Brennstoffen aus Erdölkohlenwasserstoffen als umgebendes Medium verwendet. Im Sinne der Erfindung sind besonders geeignet Benzin für Automobile, Schiffahrt und Luftfahrt, Kerosin und Düsentreibstoffe für moderne Düsenluftschiffe und Diesel-

öle für Dieselmotoren. Diese Medien lassen sich alle als Erdölkohlenwasserstoffe mit Siedeende nicht über 345°C klassifizieren.

In den Beispielen 1 bis 23 wurde Benzin als urngebendes Medium angewandt. Benzin ist ein Erdölkohlenwasserstoff mit Siedeende nicht über 345 ⁰C. In den folgenden Beispielen 24 bis 30 sind weitere Medien, die wirtschaftlich von geringerem Interesse sind, untersucht worden. Es wurde die Kombination

ίο der Werkstoffe der Beispiele 7 und 15 mit 56 Atomprozent Kobalt, 22 Atomprozent Molybdän, 22 Atomprozent Silicium als Schmiermittel liefernder Werkstoff angewandt. Als Paßfläche wurde ein Werkstoff, der 95,7 Atomprozent Eisen und 4,3 Atomprozent Kohlenstoff enthält, verwendet.

Tabelle Beispiel

Umgebendes Medium

Reibungskoeffizient

PV
kg · m/min

Verschleiß
nach 100 Stunden

μηι

24
25
26
27
28
29

30
Vergleich

Methylalkohol

Äthylalkohol

n-Butylalkohol

n-Octylalkohol

Butyraldehyd

10 Gewichtsprozent Äthylalkohol 90 Gewichtsprozent Trichloräthylen

10 Gewichtsprozent n-Butylalkohol 90 Gewichtsprozent Trichloräthylen

Trichloräthylen

0,14
0,11
0,12
0,10
0,13
0,05

0,02
0,3

13 800
55 000
41500
69 000
13 800
5 500

8 300
3 220

7,6
18
12,7
25,4
25,4
50,8

35,5
1120

Aus den Beispielen 29 und 30 geht hervor, daß bis herunter zu 10 Gewichtsprozent eines wirksamen Mediums im Sinne der Erfindung in Kombination mit 90 Gewichtsprozent eines unwirksamen Mediums (Vergleichsprodukt) vollständig zufriedenstellen. Es wird darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße System auch in Gegenwart von üblichen Schmiermitteln (fest oder flüssig) und hydraulischen Flüssigkeiten arbeitsfähig ist und man daher in der Lage ist, geringere Quantitäten von derartigen Schmiermitteln anzuwenden. Auch läßt sich für das erfindungsgemäße System ein Gemisch oder eine Dispersion obenerwähnter Kohlenwasserstoffe, Alkohole oder Aldehyde mit Flüssigkeiten wie frichloräthylen, Wasser u. dgl. anwenden, die man eigentlich üblicherweise nicht als Schmiermittel bezeichnen kann. Die Anwendung dieser Systeme im Sinne der Erfindung ermöglicht die Verwendung von hydraulischen Flüssigkeiten relativ geringer Viskosität. Während des Betriebs ist die Viskosität des aus diesen Medien gebildeten Schmiermittels ausreichend hoch, um eine schmierende Funktion zu erfüllen. In der Kälte ist die Viskosität des hydraulischen Mediums ausreichend gering, so daß kein Erwärmen erforderlich ist, um die im allgemeinen bei höherviskosen Medien erforderliche Fließfähigkeit aufrechtzuerhalten.

Obzwar sich die bisherigen Beispiele immer auf flüssige Medien bezogen, kann man auch als Medium einen Dampf anwenden. So kann man in die Kammer, in welcher die beiden zugekehrten Flächen laufen, Benziiidampf einführen.

Beispiele 31 und 32

Die F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Prüfung der Leistungsfähigkeit verschiedener Lager für kommerzielle Anwendungen. In dieser Skizze ist eine Vorrichtung gezeigt, bei der die Reibung zwischen der Welle 21 und den zu prüfenden Lagern 22 eine Drehung des Aufsatzes 23 bewirkt, wenn eine Last 24 zur Einwirkung gelangt. Die Umdrehung des Aufsatzes 23 erzeugt eine Kraft in dem Drehmomentumsetzer 25 über einen Hebelarm 26. Aus dem aufgezeichneten Drehmoment (Schreiber nicht gezeigt) läßt sich die Tangentialkraft, die auf die Lagerwelle an der Zwischenfläche einwirkt, berechnen. Dividiert man diese Tangentialkraft durch die angelegte Last, so erhält man den Reibungskoeffizienten. Der Umsetzer wird vor jedem Versuch geeicht. Das Verfahrensmedium, in diesem Fall Benzin, wird dem Lagersystem über die Öffnung 27 zugeführt.

Bei der Durchführung des Versuches steigt der Benzinstrom auf 0,45 kg/Std. ohne Last, dann wird die Laufgeschwindigkeit der Welle auf den gewünschten Betrag gebracht. Die Last wird in jeweils etwa 9,1-kg-Gewichten aufgelegt und die Vorrichtung jeweils 30 Minuten bis zu 1 Stunde laufengelassen. Geprüft wurden Wälzlager mit inneren und äußeren Lauf ringen im Beispiel 31 und Halslager im Beispiel 32.

B e i s ρ i e 1 31

Die inneren und äußeren Ringe von Wälzlagern wurden hergestellt durch Schleuderguß einer Legie-

1ΛΛ CAC I ACf\

rung, enthaltend 77 Atpmprozent Kobalt, 19 Atomprozent Molybdän und 4 Atomprozent Silicium, auf die Nennmasse. Es wurde auf die Toleranz zugeschliffen.

Die Untersuchungen an Wälzlagern wurden ausgeführt mit gegossenen inneren und äußeren Ringen und handelsüblichen Ringen aus gehärtetem Stahl SAE 52 100 (93,2 Atomprozent Fe, 4,4 Atomprozent C, 1,5 Atomprozent Cr, 0,6 Atomprozent Si, 0,3 Atomprozent Mn). Der Nenndurchmesser der Innenfläche des äußeren Rings betrug 23,11 mm und der Außendurchmesser des inneren Rings 18,85 mm. Die Rollen hatten einen Durchmesser von 1,98 mm und eine Länge von 18,28 mm. Die Ergebnisse mit den erfindungsgemäßen Lagern und solchen Vergleichswerkstoffen sind in Tabelle 6 zusammengefaßt. Daraus ergibt sich, daß die Wälzlager aus Stahl-Stahl-Ringen unter einer Last von 272 kg und einer Laufgeschwindigkeit von 3600 UpM versagten; hingegen war das erfindungsgemäße Wälzlager des Beispiels 31 auch noch unter einer Last von 454 kg betriebsfähig. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, daß selbst bei geringeren Lasten der Reibungskoeffizient des erfindungsgemäßen Wälzlagers wesentlich geringer ist als der Reibungskoeffizient des Wälzlagers mit Stahlringen.

B e i s ρ i e 1 32

Das Lager wurde hergestellt durch Schleuderguß einer Legierung von 56 Atomprozent Kobalt, 22 Atomprozent Molybdän und 22 Atomprozent Silicium. Nenngröße 19,55 mm. Die Welle bestand aus einem gehärteten Stahl SAE 52100, dessen Zusammensetzung im Beispiel 31 angegeben ist. Sie war um 50 μηι kleiner, um das für solche Lagergrößen erforderliche Spiel zu gewährleisten. Die Lagerflächen wurden mit Hartmetallwerkzeugen auf eine Endtoleranz von 0,25 mm vorgeschlagen und dann fein geschliffen.

Bei dem Versuch betrug die Wellengeschwindigkeit 1200 UpM. Das Lager bestand aus einem Gießling einer Kobalt-Molybdän-Silicium-Legierung, zum Vergleich diente ein Lager aus Bronze SAE 660 (90 Atomprozent Kupfer, 4 Atomprozent Zink, 4 Atomprozent Zinn und 2 Atomprozent Blei). Die Leistungsfähigkeit der beiden Lager ist in Tabelle 7 zusammengefaßt.

Aus der Tabelle ergibt sich, daß das Bronzelager bei dem ersten Auflegen der Last bereits festgefressen war. Das erfindungsgemäße Lager aus Kobalt-Molybdän-Silicium-Werkstoff zeigte auch unter einer Last bis zu 13 800 kg · m/min kein Fressen.

Tabelle 6

Last bei 3600UpM kg	Vergleich (SAE 52 100)	Beispiel 31
45,4	0,005	0,004
90,7	0,010	0,003
136	0,011	0,003
181	0,017	0,003
227	0,011	0,003
272	—	0,004
317	—	0,004
363	—	0,005
408	.—	0.005
454	—	0,005

55

60

Tabelle 7

PV kg · m/min	Vergleich (Bronze SAE 660)	Beispiel 32
1380 3 450 6 900 10 350 13 800	fressen fressen fressen fressen fressen	0,21 0,16 0,16 0,16

Beispiel 33

Eine Gußlegierung CM 5535, enthaltend 56,4 Atomprozent Co, 22,1 Atomprozent Mo, 21,5 Atomprozent Si, wurde in dem Prüfgerät nach F i g. 1 mit einem Bronzelager SAE 660 (Zusammensetzung im Beispiel 32) und einem Lager aus Graugruß in einem Medium in Form von Wasser, enthaltend verschiedene Konzentrationen an emulgierbarem erdölbasischem Öl, geprüft. Als Paßfläche diente »Elastuff« 44 aus 93,6 Atomprozent Fe, 2,1 Atomprozent C, 1 Atomprozent Cr, 0,9 Atomprozent S, 0,4 Atomprozent Si, 0,3 Atomprozent Mo. Der Versuch wurde durchgeführt bei 1000 UpM und 19 300 kg · m/min. Die Versuchsserie wurde begonnen mit einei Verdünnung von 200 Viylumteilen Wasser auf 1 Volumteil öl. Bei dieser Konzentration war das Bronzelager bereits festgefahren. Das Graugußlager zeigte bei einem Konzentrationsverhältnis 800:1 ein Rupfen, also Kleben und wieder Gleiten, und war bei einem Konzentrationsverhältnis 1600: 1 festgefressen. Das erfindungsgemäße Lager lief jedoch noch bei einem Konzentrationsverhältnis 1600: 1 einwandfrei und war erst bei einem Konzentrationsverhältnis von 3200 Teilen Wasser auf 1 Teil öl festgefressen.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen lassen sich für die verschiedensten Maschinenarten verwenden, z. B. für 2- und 4-Takt hin- und hergehende Kolbenmaschinen, 2- und 4-Takt-Rotationskolbenmaschinen einschließlich solchen mit elliptischer oder epitrochoidaler Laufbahn, Keil- und Flügelkolbenmaschinen, Freikolben-Gasmaschinen, Turbostrahltriebwerke, Strahltriebwerke und Gasturbinen. Bei einer 2-Takt-Kolbenmaschine können die Lagerflächen und Dichtungen mit dem Werkstoff des Teils B überzogen oder aus diesem hergestellt werden. (Eine Molybdänoder Wolframlegierung.) Die Kurbelwelle, die Zylinderkolbenwand usw. können aus einer Eisenlegierung entsprechend dem erfindungsgemäßen Bauteil A hergestellt sein. In einem betriebsnahen Versuch mit einer solchen Maschine wurde das Kurbelstangenlager aufgebaut aus einem äußeren Ring des Werkstoffs »CM 7028«, enthaltend 77 Atomprozent !Cobalt, 19 Atomprozent Molybdän, 4 Atomprozent Silicium. Die einsatzgehärtete Welle bestand bezüglich ihres inneren Ringes aus einem Stahl AISE E-4615, enthaltend 97 Atomprozent Fe, 1,7 Atomprozent Ni, 0,7 Atomprozent C, 0,5 Atomprozent Mn und 0,1 Atomprozent Mo und bezüglich der Stahlnadeln aus einem Werkstoff AISI 1090, enthaltend 95 Atoraprozent Fe, 4,1 Atomprozent C, 0,7 Atomprozent Mn, 0,1 Atomprozent P, 0,1 Atomprozent S, gehärtet auf Rockwellhärte HR 55; es konnte kein nennenswerter Verschleiß festgestellt werden.

Die Einrichtungen sind auch brauchbar für Brennstoffpumpen und Brennstoffzuführungen. Bei den Brennstoffzuführungen kann der Bauteil B in Form

I 932 736

19 20

eines Überzugs auf dem Kolben ausgebildet sein. die Stirnwände bestanden aus dem Werkstoff des Dieser gleitet in einer Kammer, die aus dem Werk- Bauteils A. Es ist offensichtlich, daß der Werkstoff stoff des Bauteils A hergestellt ist. Es kann auch der des Bauteils B im Sinne der Erfindung für die Her-Bauteil B einen Überzug der zylindrischen Kammer stellung der Kontaktflächen in allen an Stirnflächen darstellen. In dieser arbeitet der Kolben aus dem 5 gedichteten Maschinenteilen verwendet werden kann. Werkstoff des Bauteils A oder ein mit diesem Werk- Die innere Fläche dieser Stirnwände besteht dann aus stoff überzogener Kolben. Bei einer Brennstoffpumpe dem Werkstoff des Bauteils A.

können die Flügel mit dem Werkstoff des Bauteils B Andere interessante Anwendungsmöglichkeiten des überzogen sein oder aus diesem hergestellt sein. Die Erfindungsgegenstandes liegen in der Lösung des Kontaktfläche kann aus einer Kammer aus dem io Problems der Erhöhung der Lastaufnahmefähigkeit Werkstoff des Bauteils A bestehen bzw. kann die Zu- von ölgetränkten, porösen Lagerwerkstoffen, z. B. Ordnung umgekehrt sein. Auf diese Weise kann man selbstschmierenden Lagern. In solchen Lagerwerksehr niederviskose Brennstoffe wie Benzin oder stoffen sind relativ weite Poren erforderlich, um das Kerosin anwenden. Auf Grund dessen besteht die relativ viskose Schmiermittel zur Verfugung stellen Möglichkeit, Dieselmotoren mit weniger viskosen 15 zu können. Die Lastaufnahme verringert sich hierbei. Brennstoffen — als bisher angewandt — zu betreiben. Wird ein niederviskoses Vorschmiermittel, welches Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet der ein hochviskoses Schmiermittel in situ auf der Lager-Erfindung sind die Rotations-Verbrcnnungskraftma- fläche zu bilden vermag, angewandt, so können schinen (USA.-Patent 3 359 953). Hierbei wird eine kleinere Poren in dem Lagermaterial vorliegen, spezielle Methode angewendet, mit welcher die Seiten- ao Dadurch wird jedoch die Lastaufnahmefähigkeit des abdichtungsprobleme gelöst werden können. Ein Lagers erhöht. Wird im Sinne der Erfindung der Überzug aus dem Werkstoff des Bauteils B gemäß Werkstoff des Bauteils B in einem Lager zusammen Erfindung wurde als Kontaktfläche bei der Ring- mit dem umgebenden Medium angewandt, so haben dichtung im Rahmen der Abdichtung derartiger die Schmierfette eine höhere Viskosität als übliches Rotationsmaschinen angewandt. Die Paßflächen für 35 öl, wodurch wiederum die Lastaufnahme erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Atomprozent Silicium und aus einem Rest — auf

Patentansprüche: ¹⁰P ^At°mprozent ergänzt — Eisen, Kobalt und/

oder Nickel ist.

5. Schmiersystem nach dem Anspruch 4, dadurch

1. Schmiersystem, bestehend aus mindestens 5 gekennzeichnet, daß die Legierung aus 19 bis Maschinenteilen A und B mit relativ zueinander 25 Atomprozent Molybdän, 4 bis 22 Atomprozent

beweglichen Gegenflächen und einem diese Gegen- Silicium und 53 bis 77 Atomprozent Kobalt

flächen umgebenden flüssigen Medium zur Schmie- besteht.

rung, dadurch gekennzeichnet, daß 5. Schmiersystem nach den Ansprüchen 1 bis 5,

es ίο dadurch gekennzeichnet, daß es als Medium Benzin

.... ^ ... . _. . enthält.

1. einen Maschinenteil A aus einem Eisenwerkstoff enthält, der entweder