DE2416792C2

DE2416792C2 - Schleudergußverfahren zum Ausgießen von Lagerringen mit Weißmetallen

Info

Publication number: DE2416792C2
Application number: DE19742416792
Authority: DE
Inventors: Friedrich 5872 Deilinghofen Heck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-06
Filing date: 1974-04-06
Publication date: 1975-08-14
Also published as: GB1509731A; DE2416792B1; JPS515231A; GB1509732A

Description

einem Flußmittel nachbehandelt werden, wodurch eine gleichmäßigt, hochglänzende Verzinnung erreicht werden soll. Flußmittelreste werden mit klarem Wasser abgespült, was zwangläufig zu einer Abkühlung des Lagerringes führt

Mit den bekannten Verfahren ausgekleidete Lagerringe zeigen in der Praxis häufig partiell ungenügende Bindefestigkeiten zwischen dem Stahlring und der aufgegossenen Weißmetallschicht, geminderte Belastbarkeit oder gar Zerstörung des Lagers sind die Folgen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorbehandlung der Lagerringe vor der Auskleidung mit Weißmetall im Schleudergußverfahren zu verbessern, um höhere Bindefestigkeit gleichmäßig zwischen dem Grundmetall und dem Lagermetall eines Lagerringes zu erreichen.

Ausgehend von einem Schleudergußverfahren zum Ausgießen von Lagerringen der eingangs genannten Art ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausguß mit Weißmetall in den mindestens auf die Verzinnungstemperatur erwärmten Ring Flußmittel gesprüht werden, derart, daß der abgedichtete Ringinnenraum mit Flußmittelaerosolen gefüllt ist. Es zeigt sich, daß eine solche Flußmittelatmosphäre in dem heißen verzinnten Ring zu einer äußerst wirksamen Reduktion sämtlicher Oxyde führt und damit eine ausgezeichnete Voraussetzung für die Anbindung des aufzubringenden Weißmetalles darstellt.

Es hat sich außerdem als günstig erwiesen, bei Tauchverzinnungsverfahren den mit Flußmittellösung benetzten Ring vor dem Eintauchen in das schmelzflüssige Zinnbad bis auf die Temperatur des Zinnbades aufzuwärmen und dann erst in das Zinnbad einzutauchen.

In der Praxis zeigt sich bei dem bekannten Schleudergußverfahren, daß bereits auf Grund geringer Zentrierfehler eine ungleichmäßige Verteilung des Zinnfilmes während der Rotation des über den Zinnschmelzpunkt erwärmten Lagerringes eintritt. Das schmelzflüssige Zinn sammelt sich an den von der Drehachse weiter entfernten Stellen. Es kommt daher zu verarmten, sehr dünnen Zinnfilmschichten, die für die Bindung mit dem Weißmetall nachteilig sind. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Verzinnung durch Aufschmelzen von aufgepinselten, aufgespritzten, aufgerollten oder aufgepuderten Flußmittel-Zinnpulvergemischen erfolgt, wobei das Zinnpulver feine Metallpartikel enthält, die spezifisch schwerer sind als das Zinn und die im schmelzflüssigen Zinn nicht aufgelöst werden. Dabei ist es vorteilhaft, die dispers eingelagerten Metallpartikel in einem festen Zustand mit großer Oberfläche bei kleinem Volumengewicht einzubringen, also beispielsweise in dendritischer, schwammiger oder . spratziger Form. Carbonylnickel, vorzugsweise bis etwa 3 Gewichtsprozent, eignet sich besonders zur Einlagerung im Zinn. Die schwe^r löslichen Fremdmetallpulverteile binden das flüssige Zinn an sich und hindern es weitgehend, an der Stahloberfläche abzufließen in Bereiche hoher Zentrifugalkräfte. Es erweist sich als günstig, das Carbonylnickel, welches ein spezifisches Raumgewicht von 0,6 bis 0,8 g/cm³ besitzt, gleichmäßig auf der Stahloberfläche zu verteilen, wobei zweckmäßigerweise das pulverförmige Carbonylnickel mit Zinnpulver gemeinsam auf der Stahloberfläche aufgetragen wird. Vorher kann zunächst eine Flußmittelschicht aufgebracht werden mit Konzentrationen von etwa 1,8 bis l,9g/cm^J. Insbesondere thixotrope Flußmittel erweisen sich als günstig zur Ausbildung von gleichmäßig dicken Flußmittelfilmen, in die dann das Zinnpulver bzw. das Zinnpulver-Carbonylnickel-Gemisch eindosieri wird

Das Eindosieren des Zinnpulvers in die Flußmittelschicht hat den Vorteil, daß die Palverschicht durch das Flußmittel an der Stahloberfläche relativ fest angeklebt wird. Das Flußmittel reagiert während des Aufheizprozesses auf die Stahloberfläche und auch auf die Zinnpulveroberfläche reduzierend und es entsteht vor dem eigentlichen Schmelzbeginn des Zinns auf der chemisch aktivierten Stahloberfläche eine dünne primäre Zinnschicht, auf der sich das geschmolzene Zinn schnell ausbreitet Es bleibt während des Aufheizens und auch im geschmolzenen Zustand an der aufdosierten Stelle haften. Die eingelagerten feinen Carbonylnickelteilchen halten das flüssige Zinn örtlich fest und verhindern das freie Fließen des Zinr.filmes. Durch diese Einlagerung von Fremdmetallteilchen ist es möglich, Zinnfilme in mehrfacher Dicke vor dem Abfließen zu schützen. Die Kapillar- und Adhäsionskräfte des CarbonyJnickels binden das Zinn auf der Stahloberfläche während des Schleuderprozesses, auch dann, wenn eine ungenaue Zentrierung des Lagerringes zum Eingießen des Weißmetalles vorliegt

Es hat sich gezeigt, daß sich durch diese Maßnahmen die Bindefestigkeiten zwischen dem Lagermetall und der Stahloberfläche erheblich verbessern lassen, wobei die Verbundfestigkeit bis nahe an die Zerreißfestigkeitswerte des Lagermetalles herangeführt wird.

Ein weiterer Vorteil des Carbonylnickels ist die Tatsache, daß die Teilchen infolge ihres größeren spezifischen Gewichtes gegenüber dem Zinn und dem hochzinnhaltigen Lagermetall während des Schleudervorganges durch die zentrifugalen Kräfte auf die Stahloberfläche gedrückt werden und nicht selbst aufschwimmen.

Da die aufgebrachten Pulver das Flußmittel aufsaugen, komm· es zu einer relativ trockenen Oberfläche. Der nachträglich aufgesprühte Flußmittelfilm verbessert daher die Reduktion der Metalloxyde, ohne daß jedoch die Flußmittel zu fließen beginnen und eventuell die eingelagerten Metallpulverteile fortschwimmen.

Zur Erhöhung der Bindefestigkeit zwischen dem Grundmetall und den aufgebrachten Metallteilen führt auch der erfindungsgemäße Vorschlag, zusammen mit einem Granulat aus schütt- und rollfähigen Kleinteilen Flußmittel und Zinnpulver in den rotierenden Lagerring zur Verzinnung zu dosieren. Als Granulat können dabei Eisenkleinteile in der Größe von etwa 2 bis 10 mm verwendet werden, beispielsweise in der Form von Stahlstücken, wie Muttern, Schrauben oder Nieten, die während langsamer Drehung des Ringes innen abrollen. Während dieser Behandlung ist der Lagerring wiederum von beiden Seiten geschlossen. Ein solches Hilfsgranulat mit einer definierten Oberfläche, die etwa 3 bis lOmal größer ist als die zu verzinnende Fläche des Lagerringes macht eine definierte Einstellung der Konzentrationen sowohl an Flußmittel aus auch an Zinnpulver möglich. Die langsame Rollbewegung dieses Granulates mitsamt den Zuschlagstoffen ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung aller Komponenten, auch auf der zu verzinnenden Lagerringoberfläche. Ein solches Granulat ersetzt die bekannte Drahtbürstenbehandlung.

Die Behandlung des Lagerringes mit dem Granulat kann sowohl bei Raumtemperatur als auch während der Erwärmung auf Verzinnungstemperatur des Lagerringes erfolgen. Das Granulat reibt die Stahlflächen vor und während der Erschmelzung des Zinnes, wodurch

diese aktiviert werden. Gleichzeitig dient das Granulat auci. dem Temperaturausgleich innerhalb des Ringes, da örtliche Oberhitzungen abgenommen und andere weniger erwärmte Stellen von innen her zusätzlich erwärmt werdea Ist die Verzinnung erreid t, so muß das Granulat herausgenommen und kann zur Wiederverwendung in Wasser abgeschreckt werden. Das Granulat läßt sich rückstandsfrei aus dem Lagerring entfer nen.

Erfindungsgeniäß wird außerdem vorgeschlagen, zum Verzinnen dem Zinn andere, die Bindung fördernde Metalle, insbesondere Cadmium, beizumischen.

Von entscheidender Bedeutung für die rationelle Durchführung des erfindungsgemäßen Schleudergußverfahrens ist das Merkmal, daß sowohl die Verzinnung als auch der Ausguß mit Weißmetall in »einer Hitze« erfolgen können. Nach dem Verzinnen entweder in einem Tauchverfahren oder durch Aufbringer der Pulverkomponenten durch Aufstreuen oder Aufstreichen wird Flußmittel in den allseits geschlossenen Lagerring eingesprüht Nach kurzer Zeit kann ohne nochmalige Aufwärmung des Ringes das Ausschleudern mit dem Weißmetall erfolgen. Die bis etwa 280 bis 300⁰C erwärmten Stahlringe werden also in gleicher Wärme in bekannte Schleudereinrichtungen eingebracht und dort beidseitig mit Zentrierkonen hydraulisch verschlossen und auf entsprechende Drehzahlen zum Ausschleudern mit Weißmetall gebracht. Die zwischenzeitlich möglicherweise entstandenen Metalloxyde werden dabei sofort durch das fein verteilte Flußmittel reduziert, die außerdem die noch vorhandenen Flußmittelreste wieder aktivieren und flüssig machen. Flußmitteleinschlüsse während des Ausgießens sind nicht zu befürchten, da das Flußmittel während des Schleudervorganges zum Rotationszentrum hin verdrängt wird. Nach der Abkühlung des ausgegossenen Lagers kann es leicht von der Oberfläche abgewaschen werden.

Um ein Anlöten des Weißmetalles auf den Verschlußkonen der Schleudereinrichtung zu verhindern, ist es zweckmäßig, auf diesen Konen Plasma-Beschichtungen mit AI2O3 oder mit Titan oder mit anderen, die Verzinnung abweisenden Stoffen aufzubringen.

N. chfolgend werden die Verfahren an einigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Ein Lagerring aus Stahl mit etwa 700 mm Außendurchmesser und 640 mm Innendurchmesser und 500 mm Länge wird innen zur Vorbereitung des Ausgießens mit einer bleifreien Zinnlagerlegierung vorbereitet. Der gereinigte Lagerring wird in horizontaler Achslage auf einem Drehgestell langsam um seine Achse gedreht Eine Flußmittelschicht wird durch Einpinseln oder Einsprühen aufgebracht Als Flußmittel kommt beispielsweise Zinkchlorid in Betracht das entweder flüchtige Stoffe in wässriger Bindung wie Alkohole, Aceton usw. enthält oder auch thixotrop eingestellt sein kann.

Auf die völlig mit Flußmittel benetzte, zur Verzinnung vorgesehene Oberfläche wird mit einer Dosiereinrichtung trockenes feines Zinnpulver mit Körnungsgrößen kleiner 50 μπι dosiert, dem gegen das Weglaufen im Schmelzfluß bis etwa 3 Gewichtsprozent feinstes Carbonylnickel beigemischt ist In der Regel reichen Carbonylnickelbeigaben von 1,5 bis 2 Gewichtsprozent

Eine Beschichtungsmenge von 1,5 g/dm² Sn entspricht etwa 20 μπι Auflagedichte.

Nach dem Eindosieren des Zinnpulvers in die Flußmittelschicht wird noch Flußmittel nachgesprüht um das Zinnpulver auch von der Oberseite ausreichend zu benetzen.

Der Lagerring ist nun fertig vorbereitet zum Aufheizen auf Verzinnungstemperatur. Die Aufheizung kann innerhalb einer besonderen Rollvorrichtung bis zum Erreichen des Zinnschmelzpunktes erfolgen oder auch in einer Schleudervorrichtung, die beispielsweise mittels Gasbrennern aufgeheizt wird.

Vor dem Eingießen des Lagermetalles wird in den allseitig geschlossenen Lagerring Flußmittel eingesprüht welches sich auf Grund der plötzlichen Dampfbildung im gesamten Lagerinnenraum sehr fein verteilt. Danach wird das flüssige Weißmetall in den mit relativ hoher Drehzahl rotierenden Lagerring eingegeben.

Nach einem anderen Verfahren gemäß der Erfindung wird in den an den Stirnseiten geschlossenen Lagerring eine bestimmte Menge an rollfähigen kleinen Stahlstücken eingebracht, die zusammen mit den Flußmitteln, dem Zinnpulver und gegebenenfalls einem Carbonylnickelpulver während langsamer Drehung des Stahlringes auf der Innenfläche abrollen und dabei das Flußmittel und die Metallpulver auf der Innenfläche in gleichmäßiger Mischung verteilen. Diese Behandlung kann entweder bei Raumtemperatur oder auch während der Aufwärmung des Lagerringes auf Verzinnungstemperatur erfolgen. Bei Erreichung dieser Temperatur wird das Hilfsgranulat herausgenommen. Danach erfolgt wiederum das Einsprühen von Flußmittel in den aufgeheizten Lagerring und das Ausgießen mit Weißmetall in der Schleudervorrichtung.

Claims

Patentansprüche:

1. Schleudergußverfahren zum Ausgießen von Lagerringen, insbesondere aus Stahl, mit Lager-Weißmetallen, bei dem die Oberfläche eines Ringes nach dem Reinigen mit Flußmittellösung bedeckt wird, anschließend verzinnt und in den auf Verzinnungstemperatur erwärmten, in einer Schleudervorrichtung abgedichtet rotierenden Ring das flüssige Weißmetall eingegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausguß mit Weißmetall in den mindestens auf die Verzinnungstemperatur erwärmten Ring Flußmittel gesprüht werden, derart, daß der abgedichtete Ringinnenraum mit Flußmittelaerosolen gefüllt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzinnung dadurch erfolgt, daß der mit Flußmittellösung bedeckte Ring vor dem Eintauchen des Ringes in ein schmelzflüssiges Zinnbad mindestens bis auf die Temperatur des schmelzflüssigen Zinnbades erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verzinnung durch Aufschmelzen von aufgepinselten, aufgespritzten, aufgerollten oder aufgepuderten Flußmittel-Zinnpulver-Gemischen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinnpulver feine Metallpartikel enthält, die spezifisch schwerer sind als Zinn und im schmelzflüssigen Zinn nicht aufgelöst werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dispers eingelagerten Metallpartikel in einen festen Zustand mit großer Oberfläche bei kleinem Volumengewicht gebracht sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Carbonylnickel, vorzugsweise bis etwa 3 Gewichtsprozent, im Zinn eingelagert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit einem Granulat aus schütt- und rollfähigen Metallteilen Flußmittel und Zinnpulver in den rotierenden Lagerring zur Verzinnung dosiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus Eisenkleinteilen in der Größe von etwa 2 bis 10 mm besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat während der Dosierung des Flußmittel-Zinnpulver-Gemisches bei Raumtemperatur in dem sich drehenden Lagerring eingesetzt ist und vor der Erwärmung auf Verzinnungstemperatur herausgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat mit dem Lagerring auf tine höhere Temperatur unterhalb der Verzinnungstemperatur erwärmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring gemeinsam mit dem Granulat bis über den Schmelzpunkt des Zinns aufgewärmt wird, wobei während des Aufwärmens des rotierenden Ringes das Granulat sich ständig im unteren Bereich des Lagerringes abwälzt und das Granulat vor dem Ausgießen mit Weißmetall herausgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verzinnen dem Zinn andere die Bindung fördernde Metalle, insbesondere Cadmium, beigemischt werden.

Die Erfindung betrifft ein Schleudergußverfahren zum Ausgießen von Lagerringen, insbesondere aus Stahl, mit Lagerweißmetallen, bei dem die Oberfläche eines Ringes nach dem Reinigen mit Flußmittellösung bedeckt wird, anschließend verzinnt und in den auf Verzinnungstemperatur erwärmten, in einer Schleudervorrichtung abgedichtet rotierenden Ring das flüssige Weißmetall eingegossen wird.

Lagerringe für Gleitlager, insbesondere mit großen Dimensionen, werden in der Regel in einem Schleudergußverfahren mit Weißmetallen auf Zinnbasis ausgegossen. Dabei wird der Ring zwischen hohlen Konen einer Schleudergußmaschine horizontal eingespannt. Der zentrierende Sitz des Lagerringes wird durch konische Spannscheiben erreicht

Das durch eine Hohlwelle eingeführte flüssige Weißmetall wird bei der Rotation des abgedichteten Ringes gegen die Innenwandung gedruckt und ergibt einen feinkörnigen, dichten und stauchfesten Ausguß. Lufteinschlüs&e werden an die innere Oberfläche der Schmelze abgedrängt.

Nach einem bekannten Verfahren werden die Lagerringe, deren Innenwandung mit dem Lagerweißmetall zu beschichten ist, im gereinigten Zustand zuvor mit Reinzinn verzinnt um eine für die Weißmetallbeschichtung erforderliche Bindeschicht auf der Stahloberfläche vorzubereiten. Die Reinigung erfolgt beispielsweise durch Entfetten, Beizen und Spülen. Danach werden Flußmittel aufgebracht.

Bei einem bekannten Verfahren werden die gereinigten und mit Flußmitteln benetzten Stahlbuchsen in ein flüssiges Zinnbad getaucht, in dem sich die zuvor gereinigten Oberflächen mit Zinn benetzen. Man beläßt die Stahlringe einige Zeit im Bad, um die Verzinnung aurch metallurgische Reaktion und durch vollständigen Temperaturausgleich zu verbessern. Der Ring wird danach wieder aus dem Zinnbad genommen. Nach dem Ab tropfen ergibt sich eine verhältnismäßig dünne Zinnbindeschicht auf der Oberfläche des Ringes. Ein in dieser Weise vorbehandelter Ring wird dann in der genannten Schleudervorrichtung mit dem Weißmetall ausgekleidet.

Es zeigt sich, daß auf der verzinnten Stahloberfläche während des Abtropfens überflüssigen Zinns sich bis zum Ausgießen bereits Zinnoxyde auf dem Zinnfilm bilden, die zur Verschlechterung der Bindung mit dem nachfolgend aufgebrachten Weißmetall führen. In der Praxis wird daher häufig noch einmal die schmelzflüssige Zinnschicht an der Oberfläche mit Asbest oder einem anderen hitzefesten Material abgewischt. Diese Behandlung ist aber bei aufgerauhten oder mit Gravuren versehenen Innenflächen nur schwer möglich.

Es ist auch bekannt, den Stahlring vor dem Eintauchen in ein Zinnbad mit einem Flußmittel zu benetzen. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, daß während des Eintauchens das Flußmittel durch das Zinn von der Stahloberfläche weitgehend weggedrückt wird, so daß die gewünschten chemischen Aktivierungsreaktionen an der Stahloberfläche nicht erreicht werden, wenn die Stahloberfläche die zur Reaktion notwendige Temperatur erreicht hat.

Nach einem anderen bekannten Verfahren wird die gereinigte Oberfläche mit Flußmittel bestrichen und anschließend eine Suspension aus Flußmitteln und Lötzinnpulver mit einem Pinsel aufgetragen, bis eine grau aussehende Bedeckung der Oberfläche entstanden ist. Das so vorbehandelte Lager wird dann erhitzt, bis der Anstrich schmilzt. Die Oberfläche kann dann noch mit