DE3321845A1

DE3321845A1 - Lager aus einer sinterlegierung fuer die anbringung an einer rotierenden welle

Info

Publication number: DE3321845A1
Application number: DE19833321845
Authority: DE
Inventors: Keiji Misato Saitama Nakamura
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1982-06-17
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1983-12-29
Also published as: GB8316363D0; GB2122275B; GB2122275A; JPS58192942U; US4578317A

Description

NIPPON PISTON RING CO., LTD. 16. Juni 1983

2-6, kudankita 4-chome

Chiyoda-ku, Tokyo, Japan K 4694

Beschreibung

Lager aus einer Sinterlegierung für die Anbringung an einer rotierenden Welle

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager aus einer Sinterlegierung, welches an einer rotierenden Welle angebracht ist, und zwar zur Reibanlage an einem Gleitlager, um die rotierende Welle zu tragen.

Lager werden an einer stark belasteten Welle befestigt, die mit einer Vielzahl von Gliedern versehen ist, und reibmäßig von entsprechenden Gleitlagern getragen, "weshalb bezüglich der Lager die Forderung besteht, daß sie eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen und gut geschmiert werden. Dies führt dazu, daß Lager aus einer Sinterlegierung hinsichtlich der Verschleißfestigkeit und der Schmierfähigkeit überlegen sind. Lager aus gesinterter Legierung sind in üblicher Weise an einer rotierenden Welle aus Gußeisen .oder an einem Stahlrohr mittels Schrauben befestigt worden. Das Schweißen und Löten stehen für die Verbindung des Lagers aus einer

Sinterlegierung mit der rotierenden ¥elle nicht zur Verfügung. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Verbindung durch Schweißen unter harten Arbeitsbedingungen nicht dauerhaft ist und daß das Löten die poröse Sinterlegierung nicht an der übermäßigen Ausbildung und Erzeugung von Blasen und dem Zusammenfallen hindern kann. Es ist bereits vorgeschlagen worden, daß das Lager aus einer schrumpfbaren Sinterlegierung oder aus einer Sinterlegierung mit flüssiger Phase hergestellt wird, wobei die betreffende Legierung mit einer Welle aufgrund der Diffusion metallurgisch verbunden wird. Die schrumpffähige oder in der flüssigen Phase vorliegende Sinterlegierung ist jedoch weniger porös und ölig, weshaJb sie für die Verwendung als gleitbarer Teil ungeeignet ist, der einem relativ hohen Flächendruck ausgesetzt ist. Das aus einer Sinterlegierung bestehende bekannte Lager umfaßt zwei halbkreisförmige Teile, die auf der rotierenden Welle angebracht und mit Hilfe von Schrauben aneinander befestigt sind, womit die teuren Bearbeitungs- und Montagevorgänge nicht abgestellt werden können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein zu einer höheren Produktivität führendes Lager aus einer Sinterlegierung zu schaffen.

Darüber hinaus soll ein Lager aus einer Sinterlegierung geschaffen werden, welches hinsichtlich der Verschleißfähigkeit und der Schmierfähigkeit überlegen ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Gemäß der Erfindung ist ein Lager geschaffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der äußere, eine Gleitfläche bildende Teil aus einer porösen Sinterlegierung in fester Phase besteht und daß der innere Teil, der an

- 5 - . einer Welle befestigt ist, aus einer Sinterlegierung in flüssiger Phase besteht, wobei diese Sinterlegierung bei derselben Temperatur sinterfähig ist wie die Sinterlegierung fester Phase. Dabei bewirkt die Sinterlegierung der flüssigen Phase eine Diffusion der flüssigen Phase und verbindet sich metallurgisch sowohl mit dem äußeren Teil der Sinterlegierung fester Phase als auch mit der rotierenden Welle.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Nockenwelle, die mit dem Lager gemäß der Erfindung versehen ist.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht längs der in Fig. 1 eingetragenen Linie JX-XJ.

Fig. 3 bis 7 zeigen in Seitenansichten die aufeinanderfolgenden Schritte, gemäß denen eine Vorform geformt wird.

Fig. 8 und 9 zeigen Längsschnitte von verschiedenen Ausführungsformen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine Nockenwelle eine rotierende Welle 1 aus einem Stahlrohr auf, auf dem Nockenbuckel 3» Lager 4, ein Zahnrad 5 und Endteile aufgebracht bzw. angebracht sind. Die Nockenbuckel 3 aus einer flüssigen Sinterlegierung sind hinsichtlich des Widerstands gegenüber einem Flächendruck und hinsichtlich der Härte überlegen und an der Welle 1 fest angebracht. Die Lager 4 bestehen aus inneren und äußeren Teilen, die individuell aus unterschiedlichen Sinterlegierungen 42, 44 hergestellt sind.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das Lager 4 ein zusammengesetztes kompaktes Sinterlager, dessen äußerer Teil 41 aus einer festen Sinterlegierung 42 und dessen

innerer Teil 43 aus einer Sinterlegierung 44 flüssiger Phase besteht. Der äußere Teil 41 aus fester Sinterlegierung 42 ist üblicherweise porös und enthält 10 bis 30 Vol.?£ Sinterporen, in denen Schmiaröl enthalten ist. Als Sinterlegierung fester Phase wird vorzugsweise eine Zusammensetzung aus einem Fe-C- oder Fe-Cu-C-System mit der Perlit-Matrix verwendet, wobei diese Zusammensetzung einen selbstschmierenden Zusatz aufweist. Diese Zusammensetzung wird vorzugsweise verwendet, um das Lager hinsichtlich der Verschleißfestigkeit und der Härte als gleitbares Glied zu verbessern. Der Zusatz enthält zumindest einen Stoff der Stoffe MoS, Pb und Sn; diese Stoffe sind nicht fest gelöst in der Matrix vorhanden. Der innere Teil 43 des Lagers 4 besteht aus der Sinterlegierung 44 in der flüssigen Phase. Diese Sinterlegierung liefert eine flüssige Phase und bewirkt gleichzeitig, daß die Legierungs- bzw. Verbindungselemente in die ¥elle 1 und den äußeren Teil 41 der festen Sinterlegierung 42 diffundieren, wenn eine Sinterung bei derselben Temperatur wie bei der festen Sinterlegierung 42 erfolgt. Dies führt dazu, daß die Sinterlegierung 42 der Flüssigkeitsphase metallurgisch sowohl mit der Welle 1 als auch mit dem äußeren Teil 41 verbunden wird bzw. ist. Eine Sinterlegierung auf Eisenbasis kann als Sinterlegierung der flüssigen Phase verwendet werden. Vorzugsweise enthält sie P, B und Si, was die Fließtemperatur einer flüssigen Phase absenkt, und/oder Cr, Co, Ni und dergleichen Stoffe, die leicht diffundieren und effektiv die Verbindungsfestigkeit steigern. 30

Das Lager gemäß der Erfindung wird wie folgt hergestellt.

Die Formungsmaschine weist eine Form 1 1, einen Kernstab 12, äußere und innere obere Stempel 13, 14 sowie äußere und innere untere Stempel I5, 16 auf, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Ein Pulver A aus in fester Phase vorlie-

gender Sinterlegierung wird in einen Hohlraum eingefüllt, der gebildet ist, wenn der äußere untere Stempel 15 relativ abgesenkt ist.

Danach wird, wie dies aus Fig„ 4 hervorgeht, der äußere obere Stempel 13 abgesenkt, um das Pulver in einen äußeren Röhpreßling A zu pressen.

Nachdem der äußere Rohpreßling A durch den äußeren unteren Stempel I5 soweit angehoben ist, daß seine Oberseite auf derselben Höhe liegt wie die Oberfläche der Form 11, wird der innere untere Stempel 16 abgesenkt, um einen Hohlraum zu bilden, in den Pulver B aus einer Sinterlegierung flüssiger Phase eingefüllt wird, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, werden dann, wenn die äußeren und inneren Stempel 13» 14 abgesenkt sind, die Form 11, der Kernstab 12 und der innere untere Stempel 16 angehoben, um das Pulver B zu einem inneren Rohling B zusammenzupressen« Unterdessen wird der äußere Rohling A mit dem äußeren unteren Stempel I5 abgesenkt. Danach werden die äußeren und inneren oberen Stempel 13j 1^· angehoben, und die Form 11 sowie der Kernstab 12 werden abgesenkt, und zwar mit dem Ergebnis, daß eine so gebildete zusammengesetzte Vorform C für die Abnahme von der ..Form 11 bereitliegt, wie dies aus Fig. 7 hervorgeht.

Die zusammengesetzte Vorform C wird vorläufig bei einer Temperatur gesintert, die nicht zu einer flüssigen Phase führt, so daß die betreffende Vorform stark genug ist, um an der rotierenden Welle angebracht zu werden, ohne daß während des Zusammenbaus bzw. während der Montage Risse bzw, Zerstörungen hervorgerufen werden. Die Vorform bzw. der Vorformling C wird an der rotierenden

Welle zusammen mit anderen Gliedern, wie Nockenbuckeln und Zahnrädern, angebracht. Die Anordnung wird bei einer Temperatur im Bereich von 1100 C bis 1200 C gesintert, und zwar im Falle von festen Sinterlegierungen auf Eisenbasis und von Sinterlegierungen der flüssigen Phase.

Bei dem Lager gemäß der Erfindung besteht dessen äußerer Teil aus einer Sinterlegierung fester Phase, wobei diese Sinterlegierung so porös ist, daß sie Schmieröl zurückhält, und der innere Teil des betreffenden Lagers besteht aus einer Sinterlegierung flüssiger Phase, die sich sowohl mit der rotierenden Welle als auch mit dem äußeren Teil der Sinterlegierung fester Phase verbindet, und zwar aufgrund der Diffusion. Dadurch ist das betreffende Lager hinsichtlich der Ölimprägnierung und hinsichtlich der Verschleißfestigkeit als gleitbares Teil überlegen. Das Lager wird gleichzeitig gesintert und an der rotierenden Welle angebracht, wodurch keine teuren Bearbeitungs- und Montagevorgänge erforderlich sind, was dazu führt, daß das betreffende Lager weniger teuer ist und eine höhere Produktivität mit sich bringt.

Wie aus Fig. 3 bis 7 hervorgeht, besteht die Vorform bzw. der Vorformling üblicherweise aus inneren und äußeren Teilen. Der äußere Rohling aus der Sinterlegierung fester Phase kann dabei jedoch zuvor vorgesintert werden und dann an dem inneren Rohling befestigt werden, um den Vorformling zu formen, bevor er an der rotierenden Welle angebracht und gesintert wird.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist dann, wenn der innere Rohling aus der Sinterlegierung flüssiger Phase eine stärkere Schrumpffähigkeit aufweist als der äußere Rohling aus der Sinterlegierung fester Phase, der erstgenannte Rohling langer geformt als der letztgenannte Roh-

um beide Rohlinge nach dem Sintern in der Länge aneinander anzugleichen.

Wie aus Fig. 9 hervorgeht, wird das Lager k gemäß der Erfindung auch als Endteil der rotierenden Welle 1 verwendet. Das Endlager 4 deckt das Wellenende mit seinem inneren Teil 43 aus einer Sinterlegierung kk flüssiger Phase ab. Bei einem derartigen Endteil wird in starkem Maße die Öl-Imprägnierung, Verbindungsfestigkeit und Produktivität geschätzt.

-to -L e e rs e i t e

Claims

Patentansprüche

,y Lager aus einer Sinterlegierung für die Anbringung an einer rotierenden ¥elle, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Teil (4i) aus einer porösen Sinterlegierung in fester Phase für eine Gleitanlage an einem Gleitlager und ein innerer Teil (^3) aus einer Sinterlegierung in flüssiger Phase an der rotierenden Welle (i) befestigt sind und daß die Sinterlegierung in der flüssigen Phase bei derselben Temperatur sinterfähig ist wie die Sinterlegierung fester Phase, derart, daß eine metallurgische Diffusions-Verbindung sowohl mit dar Legierung fester Phase als auch mit der rotierenden Welle erfolgt.
2. Lager nach Anspruch 1,dadurch ge~ k e η η ze i c h η e t , daß die feste gesintere Legierung 10 bis 30 Vol.?£ Sinteröffnungen aufweist.
3· Lager nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet 5 daß die Sinterlegierung fester Phase ein Gemisch enthält, welches aus der ein Fe-C-System mit der Perlitmatrix, ein Fe-Cu-C-System

mit der Perlit-Matrix und Mischungen daraus umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
4. Lager nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung einen ^usatz enthält, der zumindest eine der MoS, Pb- und Sn-Substanzen enthält.
5· Lager nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterlegierung flüssiger Phase eine Zusammensetzung aus einer Sinterlegierung auf Eisenbasis umfaßt, die zumindest eines der Elemente P, B und Si enthält.
6. Lager nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet , daß die Sinterlegierung auf Eisenbasis zumindest eines der Metalle Cr, Co und Ni enthält.