DE592708C - Lagerschale aus Spezialbronze - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
13. FEBRUAR 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47b GRUPPE

Lagerschale aus Spezialbronze

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. August 1927 ab

Die Lagerschalen für Fahrzeuge, z. B. Eisenbahnwagen, bestehen gewöhnlich aus Rotguß mit Lagermetallauskleidung. Derartige Lagerschalen sind in der Abbildung dargestellt, wo α den Achsschenkel, b die Lagerschale, c den Weißmetallausguß, d den Achskasten, e das Wagengestell bezeichnet. Die Rotgußschale hat nicht allein die Aufgabe, die Form des weichen Lagermetalls zu erhalten, sondern sie soll im

ίο Falle des Warmlaufens auch ihre günstigen Laufeigenschaften zur Wirksamkeit bringen. Selbst wenn die Erhitzung so weit fortgeschritten ist, daß das Weißmetall infolge seines niederen Schmelzpunktes ausgelaufen ist, soll der

x5 Wagen noch weiter laufen können, indem der Achsschenkel seine Lagerung nunmehr im Rotguß findet. Die Festigkeit von derartigem Rotguß beträgt 18" bis 20 kg/qmm bei einer Dehnung von 4 bis 6% und einer Brinellhärte von 70 bis 80.

Mit der Zunahme der Fahrgeschwindigkeit, mit der durch die Entwicklung der Bremstechnik erreichten Abkürzung der Bremswege und mit der Ausbildung der Rangiertechnik durch die Ablaufberge wurden immer höhere Ansprüche an die Lagerschalen gestellt, so daß der Rotguß diesen nicht mehr genügt. Beim raschen Bremsen, oder wenn mehrere Wagen beim Ablaufen vom Ablaufberg mit Heftigkeit aufeinanderstoßen, werden die Lagerschalen sehr stark auf Biegung beansprucht. Es treten durch die auftretenden Stöße verbiegende Kräfte auf.

Infolge der höheren Geschwindigkeit sind die Temperaturerhöhungen beim Heißlaufen wesentlich stärker, und das Lager muß bei den hohen Temperaturen nicht nur noch gute Lauffähigkeit besitzen, sondern es muß in diesem Zustande auch noch so viel Festigkeit haben, daß der Betrieb nicht gefährdet wird.

Gemäß Erfindung werden nun als Baustoff für Lagerschalen in gegossenem, gepreßtem oder geschmiedetem Zustande Spezialbronzelegierungen verwendet, die auf der Basis Kupfer aufgebaut sind und kleine Zusätze von Silicium sowie einem oder mehreren der Metalle der ' Eisengruppe, d. i. Eisen, Nickel, Kobalt oder Mangan, aufweisen.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, Lagerschalen aus Aluminiumlegierungen mit Zusätzen von Silicium und einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe herzustellen. Abgesehen davon, daß die Wirkung eines Zusatzes von Silicium und einem Metall der Eisengruppe auf die Laufeigenschaften des Kupfers nicht vorherzusehen war, weil die Bindung dieser Metalle mit dem Kupfer eine ganz andere ist wie mit dem Aluminium, hat sich Jedoch auch

gezeigt, daß Lagermetalle, die auf der Bäsii Kupfer aufgebaut sind und Zusätze von Silicium und einem Metall der Eisengruppe aufweisen, wesentlich höhere Festigkeiten und Härte erreichen lassen als Lagermetalle auf der Basis Aluminium, selbst mit den gleichen Zusätzen an Silicium und Metallen der Eisengruppe.

Die Lagerschalen gemäß Erfindung haben also etwa folgende Zusammensetzungen:

Cu

si

Ni.

Fe

Cu

Mn

I	II	Ill	IV
%	%	υ' ;' Cl	0; >υ
97	88,5	98,5	94
I	2,5	in	I
2	5.0	—	2
—	4.0	—	—
—.	—	I	—
—	—	—	3

V /ο

95 3

— ι

Wird das Lager aus diesen Legierungen gefertigt, so erhält man beispielsweise eine Zerreißfestigkeit von 45 bis 50 kg/qmm, eine Dehnung von 8 bis 15% ^und eine Brinellhärte von 120 bis 140.

Die Geeignetheit einer Lagerschale wird bekanntlich u. a. dadurch bestimmt, daß man dieselbe unter einer hydraulichen Presse dem Zusammendrücken aussetzt.

Während bei der Rotgußschale nach einer Belastungsdauer von 2 Minuten mit einer Last von 2000 kg eine Zusammendrückung von 0,3 mm festgestellt wird, sind bei der neuen Lagerschale unter gleichen Versuchsbedingungen 7000 kg nötig, um die gleiche Zusammendrückung hervorzurufen.

Aber auch die Widerstandsfähigkeit der neuen Lagerschale bei höherer Temperatur ist eine viel größere als die der Rotgußlagerschale. Während die Rotgußlagerschale bei 350^α C noch eine Festigkeit von etwa 11 kg/qmm aufweist, ergibt die neue Lagerschale eine solche von. etwa 25 bis 30 kg/qmm. Bei 400 ° C hat die Rotgußlagerschale nur noch etwa 9 kg/qmm, während die neue Lagerschale immer noch etwa30 kg/qmm aufweist, also auch im rotwarmen Zustande eine Festigkeit besitzt, die den Zusammenhang des Maschinenteils noch gewährleistet und damit eine Gefährdung des Eisenbahntransportes vermeidet.

Zwecks weiterer Erhöhung der mechanischen Eigenschaften kann der Legierung noch ein oder mehrere Metalle der Chromgruppe, d. i. Chrom, Wolfram oder Molybdän, sowie schließlich Vanadium und/oder Titan zugesetzt werden. Desgleichen können zur Verbesserung der Laufeigenschaften die für Bronze an sich bekannten Zusätze an Zink, Zinn, Kadmium oder Blei gemacht werden.

Beispielsweise weitere Zusammensetzungen derartiger Lagerlegierungen sind dann folgende:

Cu

Si

Metalle der Eisengruppe:

Ni

Co

Mn

Fe

Metalle der Chromgruppe:

Cr

Sn

Pb

Zn

I 0/ /0	II 0/ /O	III O' M)
92,5 o,5	78,5 2,5	Rest o,7
2,0	5,0	2,0
—■	4,0	3,0
5,o	—·	2,0
•—	10,0	—

IV

Rest o,5

2,0

__

— — 0,5 2,0

8,o

Eine weitere Erhöhung der Sicherheit wird dadurch erzielt, daß die Lagerschale nach dem Guß einem geeigneten Vergütungsprozeß ausgesetzt wird. Als besonders geeignet hat sich beispielsweise ein Erwärmen auf 450 bis 500° mit folgendem langsamem Erkaltenlassen ergeben. Zuvor werden die Schalen bei einer Temperatur von 600 bis 800 ° abgeschreckt. Es ergibt sich dann eine Festigkeit von etwa 60 kg/qmm bei einer Dehnung von 5 bis 10% und einer BrineUhärte von 160 bis 200.

Die thermische Behandlung kann jedoch auch in der Weise durchgeführt werden, daß sie sich nur auf einen Teil der Schale, z.B. die hochfeste Rückwand, erstreckt, während die eigentliche Lauffläche weicher gehalten wird.

In Fällen ganz besonders hoher Beanspruchung ist es erwünscht, an Stelle der Gußschale eine geschmiedete oder gepreßte Schale zu verwenden. Dies ist bei Rotguß unmöglich, da derselbe nicht schmiedbar ist, sondern bei höheren Temperaturen spröde und brüchig wird. Die neue Lagerschale dagegen kann geschmiedet und vergütet werden, wodurch eine weitere Steigerung der Festigkeit und Härte erzielt wird.

Wenn man berücksichtigt, daß eine Rotgußlagerschale beim Versagen der Schmierung bei den heutigen großen Fahrgeschwindigkeiten in verhältnismäßig kurzer Zeit eine Temperatur ireicht, bei der dieselbe spröde und brüchig wird, und bedenkt, daß das Ausbröckeln derselben zu Achsschenkelbrüchen mit ihren großen Gefahren für den betreffenden Eisenbahntransport führen kann, so wird es klar, welche bedeutenden Vorteile durch die'Erfindung erzielt werden. Mag die Erhitzung bei der neuen Lagerschale noch so groß sein und mag ihre Härte

in der Rotglut auch abnehmen, sie wird, da sie bei hohen Temperaturen nicht spröde wird, sondern bildsam bleibt, im wesentlichen ihre Form beibehalten und damit dem Fahrzeug bis zum nächsten Haltepunkt seine Lauffähigkeit erhalten.

Die vorliegende Erfindung hat aber auch eine sehr große wirtschaftliche Bedeutung. Der Rotguß erhält 6 bis 15 % des teuren, ausschließlieh aus dem Auslande eingeführten Zinns. Die neue Lagerschale enthält in ihrer vorteilhaftesten Zusammensetzung- 3% Eisen, 3% Nickel, 3% Silicium, daneben etwas Mn, Zn, und Sn. Die neue Lagerschale ist also nicht nur viel besser, sondern auch noch wesentlich billiger als der Rotguß. Eisen und Silicium werden in großen Mengen im Inlande hergestellt, so daß . von den Legierungssätzen im wesentlichen nur der geringe Prozentsatz Nickel vom Auslande bezogen werden muß.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Gegossene, gepreßte bzw. geschmiedete Lagerschale hoher Festigkeit aus Spezialbronze, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mit Silicium und einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe (Eisen, Nickel, Kobalt, Mangan) legiertem Kupfer hergestellt ist.
2. 2. Lagerschale gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferlegierung zwecks weiterer Erhöhung der mechanischenEigenschaften ein oder mehrere Metalle der Chromgruppe (Chrom, Wolfram, Molybdän), Vanadium und/oder Titan zugesetzt sind.
3. 3. Lagerschale gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferlegierung zwecks Verbesserung der Laufeigenschaften Zink, Zinn, Kadmium oder Blei zugesetzt sind.
4. 4. Lagerschale gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen durch thermische Behandlung vergütet sind.
5. 5. Lagerschale gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung sich nur auf einen Teil derselben erstreckt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen