DE4225398A1 - Mfr. of powder-metallurgical self-lubricating bearings - comprising a calibration process applied after sintering - Google Patents
Mfr. of powder-metallurgical self-lubricating bearings - comprising a calibration process applied after sinteringInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung pulvermetallur gischer, selbstschmierender Gleitlager jeglicher Bauform mit Gleitflächen konstanter Permeabilität, welche den Anforderungen hoher Gleitgeschwindig keiten gerecht werden und insbesondere im Gerätebau sowie in der Antriebs technik zum Einsatz gelangen.The invention relates to a method for producing powder metallurgy gischer, self-lubricating plain bearings of any design with sliding surfaces constant permeability, which meets the requirements of high sliding speed abilities and especially in device construction and drive technology.
Es ist bekannt, daß pulvermetallurgische Gleitlager herkömmlicher Bauweise mit gleicher Dichte in axialer und radialer Richtung bis zu Drehzahlen von 20 000 min-1 bzw. Gleitgeschwindigkeiten von 8 m/s mit ausreichender Zuverlässigkeit einsetzbar sind.It is known that powder-metallurgical plain bearings of conventional design with the same density in the axial and radial directions up to speeds of 20,000 min -1 or sliding speeds of 8 m / s can be used with sufficient reliability.
Für Drehzahlen größer als 25 000 min-1 bzw. Gleitgeschwindigkeiten größer 10 m/s liegen derzeit unzureichend gesicherte Erkenntnisse über das Verhalten dieser Lager vor, die einen Einsatz unter verschärften Bedingun gen, welche sich aus der Entwicklung in der Antriebstechnik im Gerätebau und anderen Bereichen ergeben, rechtfertigen.For speeds greater than 25 000 min -1 and sliding speeds greater than 10 m / s are currently insufficient reliable information about the behavior of this stock before the gen use under stringent conditi, which results from the development in drive technology equipment manufacturing and other areas surrender, justify.
Zur Lösung dieser Probleme beim Einsatz von Sintermetallgleitlagern für hohe Gleitgeschwindigkeiten gibt es verschiedene Ansätze, die alle auf eine deutliche Verbesserung des Schmierfilmaufbaues im Lagerspalt abzie len.To solve these problems when using sintered metal plain bearings There are different approaches for high sliding speeds, all of which are based on deduct a significant improvement in the build-up of lubricating film in the bearing gap len.
Die DD PS 26 80 34 A1 offenbart eine Möglichkeit für das Einbringen von massiven Tragflächen in Form eines mit Löchern versehenen Metallbandes in die Laufoberfläche von Sintermetallgleitlagern.The DD PS 26 80 34 A1 discloses a possibility for the introduction of massive wings in the form of a metal band with holes in the running surface of sintered metal plain bearings.
Um das Schmiermittelangebot dieser Lager noch weiter zu erhöhen, können durch einen zusätzlichen Arbeitsgang Schmiermitteltaschen in die Lagerboh rung, wie in der DE OS 3326316 A1 beschrieben, eingebracht werden.To further increase the lubricant supply of these bearings, through an additional operation lubricant pockets in the bearing hole tion, as described in DE OS 3326316 A1, can be introduced.
Diese beiden Ausführungsarten sind jedoch mit einem mehr oder weniger höheren Fertigungsaufwand der Lager gegenüber herkömmlichen Sintermetall gleitlagern verbunden. However, these two designs are more or less higher manufacturing costs of the bearings compared to conventional sintered metal plain bearings connected.
Die Erhöhung der Belastbarkeit von Sintermetallgleitlagern soll auch nach dem CH-Patent Nr. 4 41 880 zur Herstellung selbstschmierender Lager durch eine höhere Verdichtung der Bohrungsoberfläche des Lagers beim Preßvorgang erreicht werden. Jedoch sind dieser Art und Weise der Herstellung Grenzen gesetzt, da der Grad der Verdichtung nur so hoch gewählt werden darf, daß immer noch genügend Schmiermittel aus dem Lagerinneren zur Aufrechterhal tung der Funktion der Lager abgegeben werden kann.The increase in the load-bearing capacity of sintered metal plain bearings is also said to CH Patent No. 4 41 880 for the production of self-lubricating bearings a higher compression of the bore surface of the bearing during the pressing process can be achieved. However, this way of manufacturing is limited set because the degree of compression may only be chosen so high that still enough lubricant from the inside of the bearing to maintain tion of the function of the warehouse can be given.
Die Schaffung von Bereichen mit unterschiedlicher Permeabilität in Sinter metallgleitlagern gemäß der DD PS 280149 A1 gewährleistet eine Steigerung der Belastbarkeit bei gleichzeitiger Sicherung der Schmiermittelzufuhr aus dem Lagerinneren. Dieses Funktionsprinzip ist jedoch bereits zuvor durch Quang, J.X. und Wang, P.H. (Tribologie International 18 (1985) 2, S. 67-73) anhand praktischer Lagerungsuntersuchungen nachgewiesen und offenbart worden.The creation of areas with different permeability in sinter metal plain bearings according to DD PS 280149 A1 ensures an increase the load capacity while securing the lubricant supply the inside of the camp. However, this principle of operation is already through Quang, J.X. and Wang, P.H. (Tribologie International 18 (1985) 2, pp. 67-73) demonstrated and disclosed based on practical storage examinations been.
Die Ausbildung solcher Lager ist ebenfalls unter dem Titel "Lager für hohe dynamische Belastungen und Verfahren zu dessen Herstellung" entsprechend der DD PS 155917 beschrieben worden. Das dargestellte Verfahren weist über der Herstellung von herkömmlichen Sintermetallgleitlagern einen komplizier ten Kalibriervorgang auf, wie im Ausführungsbeispiel der DD Patentschrift dargestellt worden ist.The formation of such camps is also under the title "Camp for high dynamic loads and processes for its production "accordingly the DD PS 155917 has been described. The method shown transfers the manufacture of conventional sintered metal plain bearings a complicated th calibration process, as in the embodiment of the DD patent has been shown.
Das Lager hat die Form eines Gleichdickes. Da Lager der gattungsgemäßen Art in einer Massenfertigung hergestellt werden, ist das offenbarte technologische Regime nur mit einem hohen technisch komplizierten Aufwand möglich und somit im Vergleich zur Herstellung bekannter Sintermetallgleit lagern bedeutend kostenintensiver.The bearing has the shape of a constant thickness. Since camp of the generic Art to be mass-produced is the one disclosed technological regime only with a high level of technical complexity possible and therefore in comparison to the production of known sintered metal sliding store significantly more expensive.
Außerdem ist aus der Theorie der Hydrodynamik ausreichend bekannt, daß für dynamische Belastungen Lager mit Mehrgleitflächencharakteristik, wie es das beschriebene Lager in Form eines Gleichdickes aufweist, unter der Voraussetzung stabiler Schmierverhältnisse nicht einsetzbar sind.In addition, it is sufficiently known from the theory of hydrodynamics that for dynamic loads bearings with multi-sliding surface characteristics like it has the described bearing in the form of a constant thickness, under the The requirement of stable lubrication conditions cannot be used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung pulvermetallurgischer, selbstschmierender Gleitlager mit Tragflächen gleichförmiger Permeabilität, bei denen die Lagerinnenflächen nicht kreis rund geformt sind, welche den Anforderungen hoher Gleitgeschwindigkeiten bzw. Wellendrehzahlen gerecht werden und insbesondere im Gerätebau sowie in der Antriebstechnik zum Einsatz gelangen, zu schaffen, mit dem die Bohrungsinnenflächen in ihrer Permeabilität und überlagerten Querschnitts form in einem Hauptarbeitsgang verlaufend hergestellt werden können.The invention has for its object a method for manufacturing powder metallurgical, self-lubricating plain bearing with wings uniform permeability, where the bearing inner surfaces are not circular are shaped round, which meet the requirements of high sliding speeds or shaft speeds and especially in device construction as well used in drive technology, with which the Bore inner surfaces in their permeability and superimposed cross-section form can be produced in one main process.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fertigstellung der Lagerinnenflächen, bestehend aus einem nicht durchlaufenden kreisförmi gen Querschnitt konstanter Permeabilität, der durch Teile eines Vielecks überlagert ist, in einem durchgehenden Kalibriervorgang ausgeführt wird. Es ist im Sinne der Erfindung, wenn durch die Kalibrierung stetig ein kreisförmiger Querschnitt der Lagerinnenfläche ausgebildet wird. Die Erfindung ist vorteilhaft ausgebildet, wenn durch die Formgebung des kreis förmigen Querschnitts der Lagerinnenfläche die Gleitfläche konstanter Permeabilität ausgebildet wird.According to the invention the object is achieved in that the completion the bearing inner surfaces, consisting of a non-continuous circular cross-section of constant permeability, which is due to parts of a polygon is superimposed, is carried out in a continuous calibration process. It is in the spirit of the invention if a constant by the calibration circular cross section of the bearing inner surface is formed. The Invention is advantageously designed if the shape of the circle shaped cross-section of the bearing inner surface, the sliding surface more constant Permeability is formed.
Weiter die Erfindung ausgestaltend wird eine Permeabilität der Gleitflä chen mindestens gleich der des überlagerten Teiles der Lagerinnenflächen ausgebildet. Eine Ausübungsform der Erfindung ist darauf gerichtet, daß die Permeabilität des verbleibenden, zurückgesetzten Teiles der Lagerinnenflä che durch die Grunddichte des Lagers ausgebildet und nach einer vorteilhaf ten Form der Erfindung die Permeabilität der Lagerinnenflächen variiert, im Bereich der Gleitflächen gegen Null laufend ausgebildet wird.Another aspect of the invention is a permeability of the sliding surface chen at least equal to that of the superimposed part of the bearing inner surfaces educated. An embodiment of the invention is directed to the fact that Permeability of the remaining, recessed part of the bearing inner surface che formed by the basic density of the bearing and according to an advantageous ten form of the invention, the permeability of the bearing inner surfaces varies, is formed running towards zero in the area of the sliding surfaces.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist darauf gerichtet, pulvermetallurgische selbstschmierende Gleitlager für dynamische und statische Belastungsfälle bis Gleitgeschwindigkeiten größer 10 m/s bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer durch Anwendung der herkömmlichen Herstel lungstechnologie für Sintergleitlager zu fertigen.The method according to the invention is aimed at powder metallurgy self-lubricating plain bearings for dynamic and static loads to sliding speeds greater than 10 m / s while increasing the Reliability and lifespan through the use of conventional manufacturers manufacturing technology for sintered plain bearings.
Vorteilhafterweise wird dabei bereits bei der Herstellung des Grünlings eine Bohrungsgeometrie geschaffen, die es erlaubt, nach dem Sinterprozeß mit Hilfe eines Kalibriervorganges eine bestimmte Anzahl (aber mindestens zwei) Gleitflächen mit gleicher Permeabilität über die gesamte Länge des Lagers zu erzeugen. Advantageously, this is already done during the production of the green compact created a hole geometry that allows after the sintering process with the help of a calibration process a certain number (but at least two) sliding surfaces with the same permeability over the entire length of the Generate camp.
Die Permeabilität kann entsprechend der dazu ausgewählten technologischen Herstellungsparameter und der vorgegebenen Werkzeugabmessungen eingestellt und in einem Bereich variiert werden, der sich von der Ausgangspermeabili tät des Lagers, welche hauptsächlich von der Dichte des Lagers abhängt, bis zu einer Permeabilität gleich Null (vollständiger Porenverschluß) erstreckt.The permeability can be according to the selected technological Manufacturing parameters and the specified tool dimensions set and be varied in a range that differs from the initial permeability activity of the bearing, which mainly depends on the density of the bearing, up to a permeability equal to zero (complete pore closure) extends.
Zur Aufrechterhaltung der Versorgung des Schmierspaltes mit Schmierstoff aus dem Lagerinneren bei geringster Permeabilität der Gleitflächen werden vorteilhaft eine Anzahl (mindestens jedoch zwei) gegenüber den Gleitflä chen zurückgesetzter Bereiche technologisch bei der Lagerherstellung erzeugt, wobei beim Kalibriervorgang keine Veränderung ihrer Oberfläche auftritt und deren Permeabilität durch die Dichte des Lagers und der Her stellungstechnologie bestimmt wird.To maintain the supply of lubricant to the lubrication gap from the inside of the bearing with the lowest permeability of the sliding surfaces advantageously a number (but at least two) compared to the gliding surface technically recessed areas in the production of bearings generated, with no change in their surface during the calibration process occurs and their permeability through the density of the bearing and the Her positioning technology is determined.
Diese Bereiche liegen mindestens 1-2 Mikrometer tiefer als die Gleitflächen und können vorteilhaft unterschiedliche Formen (z. B. dreieckig, rechteckig oder elliptisch), die von der gewählten Form des Preßdor nes bei der Grünlingherstellung abhängig ist, aufweisen.These areas are at least 1-2 microns deeper than that Sliding surfaces and can advantageously have different shapes (e.g. triangular, rectangular or elliptical), which depends on the shape of the Pressdor nes depends on the production of green compacts.
Die Versorgung des Schmierspaltes mit Schmierstoff kann zusätzlich durch die Gleitflächen in Abhängigkeit von ihrer Permeabilität mit übernommen werden.The lubrication gap can also be supplied with lubricant by the sliding surfaces are taken over depending on their permeability become.
Die Lagerinnenflächen besitzen vor dem Kalibrieren eine konstante Dichte in radialer und axialer Richtung und bestehen aus mindestens einem Werk stoff ohne Zuhilfenahme von Zusatzteilen, wie Plättchen, Stegen oder dergleichen.The inner surfaces of the bearings have a constant density before calibration in the radial and axial direction and consist of at least one movement fabric without the help of additional parts such as platelets, webs or the like.
Es ist weiter vorteilhaft, daß die Anzahl der Gleitflächen entsprechend den Einsatzbedingungen (wie z. B. Belastung, Drehzahl, Belastungsart) so gewählt werden kann, daß ein unkritisches Betreiben der Lagerung bis zum Erreichen der technisch möglichen Lebensdauer garantiert werden kann. Durch die gewählte geometrische und technologische Gestaltung der Lager bohrung im technologischen Verlauf werden zum großen Teil solch vorteilhaf te Eigenschaften, wie hydrodynamische Trageffekte bis hin zur vollständi gen Hydrodynamik, die den Einsatz dieser Lager unter den extremen Bedingun gen erst erlaubt, erzeugt.It is further advantageous that the number of sliding surfaces is appropriate the operating conditions (such as load, speed, type of load) can be chosen that an uncritical operation of the storage until Achievement of the technically possible lifespan can be guaranteed. Due to the chosen geometric and technological design of the bearings Drilling in the technological process is largely such an advantage properties, such as hydrodynamic support effects up to complete hydrodynamics, the use of these bearings under extreme conditions only allowed, generated.
Der Einbau dieser Lager ist vorteilhaft an keine gesonderten Vorschriften als die allgemein bekannten Einbauvorschriften für Sinterlager gebunden. The installation of these bearings is advantageous to no separate regulations bound as the generally known installation instructions for sintered bearings.
Diese Lager besitzenOwn these bearings
- - eine hohe Belastbarkeit bei gleichzeitiger Steigerung der maximalen Gleitgeschwindigkeit,- A high resilience while increasing the maximum Sliding speed,
- - eine in Verbindung mit dem korrekt ausgewählten Schmierstoff ver besserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer,- ver in connection with the correctly selected lubricant improved reliability and durability,
- - ein verbessertes Geräuschverhalten und- an improved noise behavior and
- - eine bessere Wellenfixierung und Führen zu einer höheren Stabilität der Lagerung durch die gezielt erzeugten hydrodynamischen Traganteile.- a better shaft fixation and lead to a higher stability of the Bearing through the specifically generated hydrodynamic load-bearing components.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß zur pulvermetallurgischen Herstellung dieser Lager keine Einschränkungen auf bestimmte Werkstoffe sowie Ausfüh rungen gelten.It is also advantageous that for powder metallurgical production these bearings have no restrictions on certain materials and designs rules apply.
Die Lösung nach der Erfindung gestattet es, die Lagerung solcher Lagerformen, wie z. B. Zylinderlager, Kalottenlager, Bundlager mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu fertigen, wobei die pulvermetallurgische Herstellung der Vorformen sowohl durch koaxiales Pressen, MIM-Technik oder CIP und HIP erfolgen kann.The solution according to the invention allows the storage of such Bearing forms such. B. cylinder bearings, spherical bearings, flange bearings with the to produce the inventive method, the powder metallurgical Manufacture of the preforms both by coaxial pressing, MIM technology or CIP and HIP can be done.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand eines Ausführungsbeispieles mit folgenden wesentlichen Verfahrensschritten näher erläutert werden.The method according to the invention should be based on an exemplary embodiment following essential process steps are explained in more detail.
- 1. Mischen des zur Herstellung benötigten Ausgangspulvers.1. Mixing the starting powder required for the production.
- 2. Pressen der Vorform mittels eines Preßwerkzeuges, wobei Preßdorn und -stempel eine erfindungsgemäß ausgebildete Form besitzen.2. Pressing the preform by means of a press tool, press mandrel and -stamps have a shape designed according to the invention.
- 3. Sintern unter den entsprechenden Bedingungen, welche vom verwendeten Material sowie den geforderten Fertigeigenschaften des Lagers bestimmt werden.3. Sintering under the appropriate conditions, which depend on the used Material and the required finished properties of the warehouse determined become.
- 4. Kalibrieren der Bohrung mit einem kreisrunden Kalibrierdorn entspre chenden Maßes zur Erzeugung der geforderten Permeabilität der Gleit flächen.4. Calibrate the bore with a circular calibration mandrel Adequate measure to generate the required permeability of the glide surfaces.
- 5. Tränken der Lager mit den ausgewählten Schmierstoffen unter Vakuum.5. Soak the bearings with the selected lubricants under vacuum.
Zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften der Lager ist es in Abhängig keit des gewählten Werkstoffes möglich, Festschmierstoff (z. B. Graphit oder MoS 2) in die Lagermatrix mit einzubauen. It is dependent on improving the emergency running properties of the bearings possible of the selected material, solid lubricant (e.g. graphite or MoS 2) to be built into the storage matrix.
Um das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Gleitlager zu erläu tern und den Zusammenhang der geometrischen Gestaltung der Lagerinnenflä che mit dem nach dem Verfahren in einem Verfahrenschritt erzeugten Gleit flächen darzustellen, wird das Lager im Zusammenhang mit dem Ausführungs beispiel näher erläutert.To explain the plain bearing made with the method according to the invention and the relationship between the geometrical design of the bearing interior surface with the glide generated by the process in one process step To depict areas, the warehouse is in connection with the execution example explained in more detail.
Die zugehörige Zeichnung zeigt einen radialen Schnitt des pulvermetallurgi schen Gleitlagers, das nach der erfindungsgemäßen Lösung hergestellt worden ist. Die Gleitflächen 3 und die zurückgesetzten unkalibrierten Bereiche 4 zur Schmierstoffzufuhr aus dem Lagerinneren sind deutlich erkennbar. Die Belastung des Lagers ist mit F und einem Pfeil dargestellt. Der Schmierstoffkreislauf ist anhand der Pfeile angedeutet.The accompanying drawing shows a radial section of the pulvermetallurgi sliding bearing, which has been produced according to the solution according to the invention. The sliding surfaces 3 and the recessed, uncalibrated areas 4 for supplying lubricant from the inside of the bearing are clearly recognizable. The load on the bearing is shown with F and an arrow. The lubricant circuit is indicated by the arrows.
Ein Abfließen des Schmierstoffes durch die Gleitflächen in Abhängigkeit von der gewählten Permeabilität wird verringert bzw. ganz ausgeschlossen, wenn das Lager gem. dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. Der im Schmierspalt zwischen Welle 2 und Lager 1 benötigte Schmierstoff wird über die zurückgesetzten unkalibrierten Bereiche aus dem Lagerinneren zugeführt.A drainage of the lubricant through the sliding surfaces depending on the chosen permeability is reduced or completely excluded if the bearing acc. the method according to the invention is manufactured. The lubricant required in the lubrication gap between shaft 2 and bearing 1 is fed from the inside of the bearing via the recessed, uncalibrated areas.
Somit ist der Aufbau stabiler Schmierbedingungen (Schmierfilm) in dem beschriebenen tribologischen System in Abhängigkeit von den äußeren Bedin gungen und den gewählten technologischen Herstellungsparametern (z. B. Anzahl der Gleitflächen und deren Permeabilität) möglich.Thus, the build-up of stable lubrication conditions (lubrication film) in the described tribological system depending on the external conditions conditions and the selected technological manufacturing parameters (e.g. Number of sliding surfaces and their permeability) possible.
Zur Herstellung dieser Lager kommen alle sintermetallurgisch verarbeitba ren Werkstoffe und deren Legierungen in Frage. Dies sind zum Beispiel Eisen-, Kupfer-, Aluminiumwerkstoffe und andere.All bearings can be processed by sinter metallurgy to manufacture these bearings materials and their alloys. These are for example Iron, copper, aluminum materials and others.
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