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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein ölimprägniertes Sinter-Gleitlager
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches ölimprägniertes
Sinter-Gleitlager ist aus der
EP 0655562 A bekannt.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
einer Baumaschine wie einem hydraulischen Bagger wird bei Aushubarbeiten
die Schaufel am vorderen Ende des Arms durch einen hydraulischen
Zylinder geschwenkt. Das zwischen der Schaufel und dem Arm angebrachte
Gelenk besteht aus einer Gleitlagereinrichtung mit einer Welle und
einem Lager. Da eine solche Lagereinrichtung einem hohen Anpreßdruck unterliegt,
wird ein abriebfestes Lager verwendet und die Gleitfläche des
Lagers mit Schmieröl
hoher Viskosität,
Fett oder Wachs versehen.
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Lager
solcher Art bestehen im Gegensatz zu durch maschinelle Bearbeitung
hergestellten Lagern aus Gußeisen
oder auch Lagern, bei denen in die Gleitflächen Graphitteilchen eingebettet
sind, aus einer Sinterlegierung auf der Basis von Eisen, Kupfer
und Kohlenstoff, die mit einem Schmieröl mit hoher kinematischer Viskosität imprägniert ist.
Um sowohl die mechanische Festigkeit als auch die Abriebfestigkeit
zu erhöhen,
besteht dieses ölimprägnierte
Sinterlager aus einer Matrix auf der Basis einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit martensitischer
Struktur, wobei in der Legierungsstruktur etwa 20 Massen-% an Kupferphasen
verteilt sind.
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Diese
Lager sind mechanisch hart, da sie eine Wärmebehandlung erfahren, und
sie sind relativ groß, so
daß die
Lager im allgemeinen durch maschinelles Schneiden hergestellt werden,
das durch Schleifen der inneren Umfangsflächen abgeschlossen wird.
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Die
herkömmlichen ölimprägnierten
Sinter-Gleitlager mit diesen Merkmalen können unter großen Belastungen
verwendet werden, da sie aus einer abgeschreckten Eisenlegierung
mit in der Legierungsmatrix verteilten Kupferphasen bestehen und
mit Schmieröl
imprägniert
sind. Die maschinelle Endbearbeitung und das Schleifen sind jedoch
nicht einfach. Es ist daher wünschenswert,
den Herstellungsprozeß zu
vereinfachen und dabei Lager zu erhalten, die eine den herkömmlichen
Lagern gleichwertige Leistungsfähigkeit
haben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist das Ergebnis einer Untersuchung der Zustände von
abgenutzten Oberflächen
von herkömmlichen ölimprägnierten
Sinter-Gleitlagern durch die Erfinder und des Bewertens der Ergebnisse
von Experimenten hinsichtlich der Zustände der Poren und des Zustandes
der abgenutzten Lagerflächen.
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Zur
Lösung
der genannten Aufgabe ist das erfindungsgemäße ölimprägnierte Sinter-Gleitlager dadurch
gekennzeichnet, daß das
Lager aus einer porösen
Sinterlegierung auf Eisenbasis mit einer abgeschreckten Struktur
besteht. Die Lagerfläche
des ölimprä gnierten
Sinter-Gleitlagers ist mit einer Anzahl von parallelen Reihen von
Rippen-Rillen-Linien
versehen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und die in Richtung
der Lagerachse eine wellige Oberfläche erzeugen. Die Rippen-Rillen-Linien
werden durch Bearbeiten der inneren Umfangsfläche ausgebildet. Der vertikale
Höhenunterschied
zwischen dem oberen Ende einer Rippe und dem Boden einer Rille beträgt 2 bis
12,5 μm.
Die Lagerfläche
ist bis ein eine Tiefe (Dicke) von 10 bis 60 μm derart verdichtet, daß die Porenöffnungen
verringert oder teilweise blockiert werden und der prozentuale Anteil
an offenen Poren 1 bis 10 % der Fläche beträgt. Das so erhaltene Lager
kann bei einem Anpreßdruck von
6 kgf/mm2 (58,8 MPa) und höher und
mit einer Gleitgeschwindigkeit von 2 bis 5 cm/s verwendet werden.
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Vorzugsweise
weist die Sinterlegierung eine Legierungsmatrix auf Eisen-Kohlenstoff-Basis
auf, die martensitische und verteilte Kupferphasen enthält. Der
Anteil an Kupfer beträgt
15 bis 25 % der Masse und die offene Porosität 15 bis 28 %.
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Die
an der inneren Umfangsfläche
freiliegenden Porenöffnungen
entstehen, wenn die Oberfläche
bei einem Gleitkontakt mit einer Welle radiale Lasten aufnimmt und
einem anfänglichen
Abrieb unterliegt. Bei dem erfindungsgemäßen ölimprägnierten Sinter-Gleitlager
ist die Anzahl der wie erwähnt
unter einer radialen Belastung freigelegten Porenöffnungen
größer als
die Anzahl der Porenöffnungen
in einem anderen Teil der Lagerfläche.
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Das
erfindungsgemäße Lager
kann für
die Gelenke von hydraulischen Baggern und Baumaschinen und für die Gelenke
zum Halten von Kranarmen verwendet werden.
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Die
ein solches Gleitlager bildenden Elemente werden nun genauer beschrieben.
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(1) Sinterlegierung
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Das
erfindungsgemäße ölimprägnierte
Sinter-Gleitlager muß eine
hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen,
so daß es
aus einer porösen
Sinterlegierung auf Eisenbasis gebildet wird, die martensitische
Strukturen enthält.
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Vorzugsweise
werden Sinterlegierungen verwendet, in denen in einer Kohlenstoff
enthaltenden Legierungsmatrix Kupferphasen verteilt sind. Der Gehalt
an Kupfer beträgt
15 bis 25 Massen-%. Diese poröse
Legierung weist aufgrund ihrer Struktur eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit
auf, da in der harten Legierungsmatrix auf Eisen-Kohlenstoff-Basis weiche Kupferphasen
verteilt sind, die eine gute Anpassung an eine Welle ermöglichen.
Die Menge an Legierungselementen ist klein, sie steigern die Haltbarkeit.
Wenn der Anteil des Kupfers in der Gleitfläche zu gering ist, treten die
Eigenschaften der harten Eisenlegierung in den Vordergrund, und
es ist eine abrasive Abnutzung der Welle zu erwarten. Wenn der Kupfergehalt
dagegen zu groß ist,
werden die Kupferphasen durch den hohen Gleitdruck an der Oberfläche verformt
und die Porenöffnungen
verstopft, wodurch der Verschleiß ansteigt. Vorzugsweise liegt
daher der Kupfergehalt im Bereich von 15 bis 25 % der Masse.
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(2) Offene Porosität und Dichte
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Hinsichtlich
der Aufnahmefähigkeit
von Öl
beim Imprägnieren
ist eine poröse
Sinterlegierung auf Eisenbasis mit einer hohen offenen Porosität wünschenswert.
Wenn die Porosität
jedoch sehr groß ist,
nimmt die Dichte ab, und die mechanische Festigkeit verschlechtert
sich, was einen unerwünschten
Effekt auf die Abriebfestigkeit hat.
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Es
ist erforderlich, daß die
offene Porosität
der Sinterlegierung 15 % oder mehr beträgt. Wenn die offene Porosität zu klein
ist, nimmt die Aufnahmefähigkeit
von Öl
beim Imprägnieren
ab, so daß die Ölzufuhr
zur Gleitfläche
zu gering ist und die Lebensdauer des Lagers zu kurz.
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Es
ist auch erforderlich, daß die
Dichte der Sinterlegierung 5,8 g/cm3 (Mg/m3) oder mehr beträgt. Wenn bei der obigen wünschenswerten
Sinterlegierung der Kupfergehalt bei seinem Maximum von 25 % der
Masse liegt, entspricht eine Dichte von 5,8 g/cm3 (Mg/m3) einer offenen Porosität von 28 %. Aus diesem Grund
liegt die offene Porosität
im Bereich von 15 bis 28 %.
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(3) Zustand der Lagerfläche des
Lagers
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Die
innere Umfangsfläche
eines Lagers wird durch Schneiden (Ausbohren) auf einer Drehbank
oder dergleichen ausgebildet.
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In
der Lagerfläche
des Lagers wird durch Ausbohren der inneren Umfangsfläche eine
Anzahl von Rippen-Rillen-Linien ausgebildet, wobei sich jede Linie
in der Umfangsrichtung erstreckt und die Anzahl Reihen von Rippen-Rillen-Linien
in Axialrichtung Seite an Seite nebeneinanderliegen. In einer imaginären Schnittansicht
senkrecht zur Lagerachse zeigen die Rippen-Rillen-Linien in Axialrichtung
eine Wellenform, die manchmal als "wellige Oberfläche" bezeichnet wird. Wenn die Lagerfläche zum
Beispiel auf einer Drehbank oder dergleichen bearbeitet wird, werden
die Rippen-Rillen-Linien in Axialrichtung in Spiralform ausgebildet.
Der Höhenunterschied
zwischen der Oberseite einer Rippenlinie und dem Boden einer Rillenlinie
liegt im Bereich von 2 bis 12,5 μm
und der Abstand zwischen benachbarten Rillenlinien in Axialrichtung
im Bereich von etwa 0,3 bis 0,8 mm.
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Die
Ausbildung dieser Innenfläche
ist eines der charakteristischen Merkmale des erfindungsgemäßen Gleitlagers
und unterscheidet es von den gewöhnlichen
Lagern dieser Art. Bei einem herkömmlichen Lager wird die Innenfläche durch
Schleifen mit einer Oberflächenrauhigkeit
von 0,5 bis 1 μm
ausgebildet, ohne daß Rippen
und Rillen oder eine wellige Oberfläche erzeugt werden, wobei höchstens
bei einem Kalibriervorgang oder einem anderen Schneidvorgang in
Abständen
von 1 mm oder mehr in axialer Richtung Ölnuten ausgebildet werden.
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Die
Porenöffnungen
in der Lagerfläche
sind bis in eine Tiefe von 10 bis 60 μm verdichtet (die Anzahl der
Porenöffnungen
ist verringert), so daß die
in der Lagerfläche
freiliegenden Porenöffnungen
flächenmäßig auf
1 bis 10 % verringert sind. Das heißt, daß die Anzahl der Poren in der
Nähe der äußeren Schicht
der Innenfläche
kleiner ist als im Inneren des Lagerkörpers, wobei die Tiefe der
verdichteten Außenschicht
10 bis 60 μm
beträgt.
Mit anderen Worten liegt die Tiefe (Dicke) der äußeren Schicht der Lagerfläche, in
der die Anzahl der Porenöffnungen
durch das Ausbohren verringert wurde, im Bereich von 10 bis 60 μm.
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Die
Porenöffnungen
in der äußeren Schicht
umfassen gekrümmte
feine Poren an den Korngrenzen und kleine Poren, die mit den gekrümmten feinen
Poren verbunden sind. Diese Tatsache stellt ein anderes charakteristisches
Merkmal der Erfindung dar, das sich bei den Lagerflächen herkömmlicher
Lager, die durch Schleifen fertiggestellt werden, nicht findet.
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Die
wie oben ausgebildete Innenfläche
läßt sich
zuverlässig
dadurch herstellen, daß die
Dichte des Lagermaterials und die Bearbeitungsbedingungen wie die
An des Schneidwerkzeugs und die Zuführrate des zu bearbeitenden
Materials geeignet gewählt
werden.
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In
der Praxis kann die vorstehende Oberflächenbedingung dadurch erhalten
werden, daß ein
wärmebehandeltes
Lagermaterial einem maschinellen Bearbeitungsvorgang unterzogen
wird. Wenn eine tiefere verdichtete Oberflächenschicht ausgebildet werden
soll, ist anzuraten, ein relativ weiches Sintermaterial vor der Wärmebehandlung
zu bearbeiten.
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Die
so hergestellte Lagerfläche
eines Lagers kann Schmieröl,
Fett und dergleichen in den Rillenlinien aufnehmen, so daß eine Gleitfläche mit
Schmiermittel erhalten wird.
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Wenn
ein Lager in Verbindung mit einer Welle verwendet wird, ist der
Druck der gleitenden Teile auf das Schmiermittel (den Ölfilm) zu
Beginn der Verwendung hoch, da die Anzahl der Porenöffnungen,
die an der Innenfläche
des Lagers freiliegen, relativ klein ist. Die Teile, die in der
Lagerfläche
die Lastwirkung aufnehmen, unterliegen durch die radiale Belastung
mit einem hohen Anpreßdruck
einem anfänglichen
Verschleiß.
Aufgrund der gegenseitigen Schwingungen zwischen der Welle und der
Innenfläche
des Lagers unterliegt vor allem das Teil, das den Anpreßdruck aufnimmt,
dem Anfangsverschleiß.
Die anderen Teile bleiben in einem Zustand mit einer kleinen Anzahl
von Porenöffnungen,
wobei die Rippenlinien einer leichten Abtragung unterliegen.
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Dieser
Anfangsverschleiß schreitet
auf die folgende Weise fort.
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Zu
Beginn werden die Rippenlinien, die eine höhere radiale Last aufnehmen,
abgetragen, und danach die Rillenlinien. Da die Legierungsmatrix
relativ hart ist, erfolgt die Abtragung mit nur einem geringen plastischen
Fluß.
Entsprechend wird die verdichtete Oberflächenschicht entfernt und in
der abgenutzten Oberfläche viele
feine Poren freigelegt.
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In
diesem Zustand steigt die Temperatur des Lagers an, und es wird
aufgrund des Unterschieds in der thermischen Expansion viel Schmieröl von den
Porenöffnungen
freigegeben. Da es in den Endabschnitten der abgetragenen Oberfläche die
Reihen von Rillenlinien gibt, wird das in den Rillenlinien befindliche
Schmieröl oder
Fett zu den Teilen geführt,
die während
des Gleitkontakts höhere
axiale Lasten aufnehmen.
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Die
anfängliche
Abnutzung endet, wenn ein poröser
Bereich mit offenen Poren entsteht, in dem die Axiallast mit der
Hebekraft des in den Poren enthaltenen Schmieröls im Gleichgewicht ist. Durch
die anfängliche
Abnutzung entsteht daher ein idealer Schmierzustand an der Gleitfläche. In
den anfänglich
abgenutzten Teilen in der Nähe
des die Radiallast aufnehmenden Bereichs und in anderen Grenzbereichen
der Innenflächen,
in denen die Anzahl der Rippen-Rillen-Linien allmählich zunimmt,
zeigt sich das Erscheinungsbild von abnehmenden Porenöffnungen.
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Die
freigelegten feinen Poren erhöhen
die Zufuhr des imprägnierten
Schmiermittels, so daß die
Reibung nach der anfänglichen
Abnutzung wieder abnimmt. In den Bereichen der Lagerfläche, die
nur eine kleine Last aufnehmen, wird durch den Anpreßdruck nur
wenig Schmiermittel verbraucht. Das in den Rillenlinien befindliche
Schmiermittel wird den Bereichen zugeführt, die einer hohen Belastung
unterliegen. Im Ergebnis werden stabile Gleiteigenschaften erhalten.
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Wie
beschrieben weist die Lagerfläche
des Lagers viele Rillenlinien auf, die Schmiermittel aufnehmen, und
die Anzahl an Poren wird durch das Verstopfen aufgrund des Höhenunterschieds
der Rippen-Rillen-Linien und dem Verdichten der Innenfläche verringert.
Im frühen
Zustand nach dem Start des Gebrauchs einer solchen Lagerfläche sind
die Belastungen durch die Welle und die Hebekraft des Schmiermittels
in den Poren gut ausgeglichen, um eine poröse Oberfläche mit offenen Poren zu ergeben.
Das maximale Ausmaß der
anfänglichen
Abnutzung liegt im Bereich des erlaubten Limits für ein Lagerelement.
Es läßt sich
zusätzlich
zu den Eigenschaften der Legierung und der offenen Porosität durch
bestimmte Bedingungen wie die Anzahl der Poren, den Zustand der
Rippen-Rillen-Linien
und den Zustand der verdichteten Oberflächenschicht der Lagerfläche bestimmen.
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Wenn
es in der äußeren Schicht
der Lagerfläche
des Lagers vor dem Gebrauch überhaupt
keine Porenöffnungen
gibt, ist von der Schmierölimprägnierung
zu Beginn des Gebrauchs keine Wirkung zu erwarten. Deshalb beträgt die Gesamtfläche der
Porenöffnungen
in der äußeren Oberflächenschicht
1 bis 10 % der Fläche,
vorzugsweise 1 bis 3 % der Fläche.
Vorzugsweise ist der Unterschied zwischen dem Ausmaß der freigelegten
Porenöffnungen
zur offenen Porosität
der gesinterten Lagerlegierung groß. Wenn jedoch das Ausmaß der freiliegenden
Porenöffnungen
mehr als 10 % der Fläche
beträgt,
ist der Druckverlust in der Gleitfläche groß, der Zustand der oben genannten
anfänglichen
Abnutzung kann nicht erhalten werden, und die Abnutzung schreitet
fort. Der Wert von 10 % der Fläche
entspricht einem Legierungsprodukt, das durch Bearbeiten einer Legierung
mit einer Dichte von 5,8 g/cm3 (Mg/m3) erhalten wird, die der erlaubte minimale
Wert für
eine Sinterlegierung auf Eisenbasis mit verteilten Kupferphasen
ist. Aus diesem Grund beträgt
das Ausmaß der
Porenöffnungen
in der äußeren Oberflächenschicht
der Lagerfläche
1 bis 10 % der Fläche.
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Der
Höhenunterschied
zwischen den Rippen- und Rillenlinien beträgt angesichts sowohl der Aufnahmefähigkeit
von Schmieröl
und der Bearbeitbarkeit bei der Ausbildung vorzugsweise etwa 5 μm. Wenn der
Höhenunterschied
zu klein ist, sind die Ölaufnahmeeigenschaften
nicht so gut, so daß ein
Höhenunterschied
von im Mittel 2 μm
oder mehr erforderlich ist. Die Ölaufnahmeeigenschaften
steigen zwar an, wenn der Höhenunterschied
zwischen den Rippen- und Rillenlinien groß ist, es sind jedoch höchstens
etwa 12,5 μm,
die bei den gewöhnlichen
Materialeigenschaften und mit der gewöhnlichen Zustellrate beim Ausbohren
und beim Bearbeiten in der Regel erhalten werden können. Da
für einen größeren Höhenunterschied
mehrere Schritte erforderlich werden, wird bei der vorliegenden
Erfindung ein Höhenunterschied
von 12,5 μm
oder weniger angenommen.
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In
der verdichteten äußeren Oberflächenschicht
wird die Anzahl der Porenöffnungen
durch den Druck verringert, den das Schneidwerkzeug im Ausbohrschritt
ausübt,
wenn die Rippen-Rillen-Linien ausgebildet werden. Die Tiefe der
verdichteten Schicht kann durch Betrachten einer Schlifffläche des
Querschnitts des Lagers in der Tiefe von dem Bereich, in dem die
Anzahl von Porenöffnungen
nur 1 bis 10 % beträgt,
bis zu dem Endabschnitt mit Poren durchschnittlicher Größe mit einem
Mikroskop bestimmt werden. Die Dicke dieser verdichteten Schicht
beträgt
vorzugsweise etwa 10 bis 40 μm.
Wenn die Dicke der verdichteten Schicht zu groß ist, dauert es lange, bis
die verdichtete Schicht durch die anfängliche Abnutzung entfernt
ist, so daß auch
der Temperaturanstieg aufgrund der anfänglichen Abnutzung lange dauert
und der Abriebverlust während
des anfänglichen
Abnutzungsschrittes groß wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Lager
kann ein vergleichsweise großer
Abriebverlust erlaubt werden, da das Lager zusammen mit einer Welle
verwendet wird, die einen relativ großen Durchmesser hat. Bei einer
wärmebehandelten
Sinterlegierung mit einer Dispersion von Kupferphasen beträgt die maximale
Tiefe der verdichteten Schicht angesichts der sich in der Praxis
ergebenden verdichteten Schichten 60 μm. Wenn durch Schneiden eine
tiefere Schicht ausgebildet wird, treten möglicherweise in der Nähe der Oberfläche durch
das Abreißen
von Metallpartikeln Risse auf, so daß durch Abblättern eine
ungewöhnliche
Abnutzung die Folge sein kann.
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(4) Schmiermittel für die Imprägnierung
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Die
Schmieröle
für die
Imprägnierung
sind solche für
Gleitlager mit hohen Anpreßdrücken. Zum
Beispiel wird ein Schmiermittel mit einer kinematischen Viskosität von etwa
220 bis 1000 cSt (10-6 m2/s)
bei 40 °C und
ein wachsartiges halbfestes Schmiermittel verwendet. Das imprägnierte
Schmiermittel dehnt sich bei einem Temperaturanstieg durch den Gleitkontakt
stärker
aus als das metallische Grundmaterial und wird so zur Gleitfläche geführt.
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Vor
dem Gebrauch wird das Lager eingefettet.
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Das
so erhaltene ölimprägnierte
Sinter-Gleitlager wird unter den Bedingungen eines Anpreßdrucks von
6 kgf/mm2 (58,8 MPa) oder höher und
einer Gleitgeschwindigkeit von 2 bis 5 cm/s verwendet. Lager dieser Art
werden vorteilhaft bei Baumaschinen in den Gelenken von hydraulischen
Baggern und den Gelenken zum Halten der Arme von Kränen verwendet.
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BESTE ART DER ERFINDUNGSAUSFÜHRUNG
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<Beispiel>
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Die
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nun anhand von vorteilhaften Beispielen
und von Vergleichsbeispielen beschrieben.
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(1) Vorbereitung des Materials
für das
Sinterlager
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Es
wurden 81,2 kg zerstäubtes
Eisenpulver (ATOMEL 300M der Kobe Steel Ltd.), 18 kg elektrolytisches
Kupfer (CE 15 der Fukuda Metal Foil & Powder Co. Ltd.), 0,8 kg Graphitpulver
(CPB der Nippon Graphite Ind. Ltd.) und 0,5 kg Zinkstearatpulver
zusammengemischt und die Pulvermischung zu einem ungesinterten Rohling
in zylindrischer Form gepreßt.
Die ungesinterten Rohlinge wurden dann in einer reduzierenden Gasatmosphäre bei einer
Temperatur von 1120 °C
gesintert. Die Menge des in der Eisenlegierungsmatrix eingeschlossenen
Kohlenstoffs betrug 0,6 %. Die Dichte des gesinterten Produkts betrug
6,2 g/cm3 (Mg/m3)
und die offene Porosität
21 %.
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In
der Mikrostruktur waren im Querschnitt in der Eisenlegierungsmatrix
Kupferphasen und Poren mit einer mittleren Größe von etwa 30 bis 50 μm verteilt.
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Das
gesinterte Produkt wurde dann bei 850 °C wärmebehandelt, in Öl abgeschreckt
und bei 180 °C getempert.
Das erhaltene gesinterte Lagermaterial enthielt eine martensitische
Struktur.
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(2) Bearbeitung
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Die
Innen- und Außenflächen des
Lagers und die Seitenflächen
des wärmebehandelten
gesinterten Lagermaterials wurden auf einer Drehbank mit einem Schneidwerkzeug
aus Carbidhartmetall bearbeitet. Das Schneiden erfolgte derart,
daß das
gesinterte Lagermaterial einmal bei einer axialen Verschiebung von
0,5 mm der Zustellung gedreht wurde.
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In
einem Vergleichsbeispiel wurde die innere Umfangsfläche eines
des wie vorstehend spanend bearbeiteten Produkts mit einer Schleifmaschine
geschliffen, wobei sowohl das Lagermaterial als auch der Schleifstein
rotierten.
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Der
Innendurchmesser jeder Probe des Lagers betrug 50 mm und die Gesamtlänge 50 mm.
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Die
wie angegeben auf verschiedene Weise erhaltenen Proben des Lagers
wurden quer in einzelne Stücke
geschnitten. Es wurde die Mikrostruktur hinsichtlich des Ausmaßes der
Porenöffnungen
in der Lagerfläche
und in der Schnittfläche
festgestellt. Außerdem
wurde die Oberflächenrauhigkeit
in axialer Richtung mit einem Oberflächenrauhigkeitsmeter von Probentyp
gemessen und die Welligkeit im Querschnitt festgestellt.
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Bei
der mikroskopischen Betrachtung der erfindungsgemäßen Lagerprobe
zeigte sich, daß die
Lagerfläche
eine glatte metallische Fläche
mit dünnen
gekrümmten
Poren ist, von denen angenommen wird, daß sie die Grenzen zwischen
metallischen Partikeln sind, und es wurden kleine Poren gesehen,
die breiter sind als die gekrümmten
Poren. Die Fläche
dieser Poren betrug etwa 2 % der Lagerfläche. Die Rauhigkeit der metallischen
Oberfläche
betrug etwa 0,5 μm,
wobei eine wellige Form mit einer Teilung von 0,5 mm in der Richtung der
Achse vorlag. Der Höhenunterschied
zwischen einer Rippe und einer Rille der Wellenform betrug 4 bis
6 μm. Bei
der Betrachtung der Mikrostruktur einer geläppten Fläche des Querschnitts des Lagers
zeigte sich, daß die
Anzahl der großen
Poren unter der bearbeiteten Oberfläche geringer war und daß Poren
von mehr als 50 μm
nur in einer Tiefe von etwa 40 μm
und mehr von der Oberfläche
zu sehen waren. Die Porenöffnungen in
der äußeren Fläche waren
flächenmäßig auf
10 % oder weniger verringert.
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Bei
dem Vergleichsbeispiel wies die geschliffene Lagerfläche viele
kleine Kratzer auf und die Rauhigkeit der ebenen metallischen Oberfläche betrug
0,5 bis 1 μm.
Die in der Lagerfläche
freiliegenden Porenöffnungen
umfaßten
1 % der Fläche.
Bei der mikroskopischen Betrachtung des Querschnitts dieses Lagers
zeigte sich, daß die
Tiefe der Oberflächenschicht
bis zu der Poren mit mehr als 50 μm
Breite enthaltenden Schicht im Mittel 20 μm betrug.
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(3) Imprägnierung
mit Schmiermittel
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Die
Lagerproben wurden im Vakuum mit einem Schmieröl nach ISO VG 460 (mit einer
kinematischen Viskosität
von 460 cSt (10-6 m2/s)
bei 40 °C)
imprägniert.
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(4) Test der Lager
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Jede
der Lagerproben wurde an einem Gehäuse befestigt und die Lagerflächen der
Lagerproben sowie einer abgeschreckten und geschliffenen Welle gefettet.
Die Welle wurde in radialer Richtung mit einer Last beaufschlagt,
die einen Anpreßdruck
von 8 kgf/mm2 (78,4 MPa) erzeugte. Die Welle
wurde mit einem Oszillationswinkel von 100 Grad und einer Gleitgeschwindigkeit
von 1,2 m pro Minute gedreht. Am Ende jeder Oszillation wurde die
Welle für
0,5 Sekunden angehalten.
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Zur
Bewertung wurde ein Thermoelement an der Außenseite der Lagerprobe angebracht,
um die Temperatur des Lagers zu messen. Bei einer Temperatur von
150 °C wäre der Test
abgebrochen worden. Eine Temperatur von 150 °C bedeutet nach aller Erfahrung,
daß das
Lager gefressen hat.
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(5) Meßergebnisse für die Lagertemperatur
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In
der Tabelle 1 sind die so erhaltenen Ergebnisse für die Lagertemperaturen
dargestellt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen ölimprägnierten
Sinter-Gleitlager stieg die Temperatur zu Beginn allmählich an
und fiel in der Folge etwas auf einen stationären Zustand ab. Bis zu 30 Stunden
blieb sie dabei fast auf dem gleichen Wert.
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Bei
dem Vergleichsbeispiel mit geschliffener innerer Umfangsfläche stieg
die Temperatur im Vergleich zum erfindungsgemäßen Beispiel stärker an.
Die Hochtemperaturperiode währte
jedoch nur kurz, und es wurde daraufhin fast die gleiche Temperatur
wie im stationären
Zustand des obigen Beispiels erhalten.
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In
beiden Beispielen lagen die Temperaturen unter 150 °C.
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(6) Diskussion der Ergebnisse
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Angesichts
der Beobachtung der inneren Umfangsflächen der Lager wird angenommen,
daß die
Temperaturänderungen
während
des Betriebstests folgenden Grund hatten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen ölimprägnierten
Sinter-Gleitlager steigt die Temperatur bei der anfänglichen
Abnutzung zuerst an, wobei die Oberfläche, die die radiale Last aufnimmt,
zuwenig Schmiermittel erhält. Die
abgenutzte Oberfläche
wird dann jedoch mit Schiermittel aus den Rillen versorgt, und der
Temperaturanstieg verlangsamt sich. Es ist eine gewisse Zeit erforderlich,
um einen porösen
Bereich mit offenen Poren auszubilden, in dem die axiale Last durch
die Hebekraft des Schmiermittels in den Poren des Lagers aufgehoben wird,
so daß die
Hochtemperaturphase länger
ist. Wenn eine ausreichende poröse
Fläche
mit offenen Poren vorhanden ist, um die Last durch die Schmierung
auszugleichen, ist die anfängliche
Abnutzung beendet. Die Temperatur des Lagers nimmt dann ab, und
die Abnutzung endet, so daß die
Gleiteigenschaften stabil sind, was die Auswirkungen der Abriebfestigkeit
durch die relativ harte Legierung auf Eisen-Kohlenstoff-Basis mit einer
abgeschreckten Struktur und darin verteilten relativ weichen Kupferphasen;
das optimale Ausmaß der Porenöffnungen
und den unterstützenden
Effekt der Schmiermittelzuführung
aus den Rillen betrifft.
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Beim
Vergleichsbeispiel ist zu Beginn zu wenig Schiermittel vorhanden,
und die anfängliche
Abnutzung schreitet fort, so daß die
Temperatur auf einen höheren
Wert steigt als bei dem erfindungsgemäßen Beispiel. Durch eine entsprechende
Abnutzung wird dann eine poröse
Oberfläche
mit offenen Poren ausgebildet und die axiale Last durch die Hebekraft
des Schmiermittels in den Poren des Lagers aufgehoben, so daß durch die
anfängliche
Abnutzung ein geeigneter Gleitzustand erhalten wird. Nach der anfänglichen
Abnutzung schreitet die Abnutzung nicht weiter fort, und die Temperatur
sinkt durch die Stabilisierung der Gleiteigenschaften wieder ab.
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Wie
beschrieben ist bei dem erfindungsgemäßen ölimprägnierten Sinter-Gleitlager
der Temperaturanstieg langsam und dessen Zeitspanne im Bereich der
anfänglichen
Abnutzung relativ lang. Im Bereich des stabilen Betriebs zeigt das
Lager Eigenschaften, die denen herkömmlicher Lager vergleichbar
sind. Die Lebensdauer ist entsprechend dem stabilen Zustand nach
der anfänglichen
Abnutzung verlängert.
Das Lager hat außerdem
den Vorteil, daß es
kostengünstig
hergestellt werden kann, da kein Schleifprozeß erforderlich ist. Wie bei
einem geschliffenen Lager weist das erfindungsgemäße ölimprägnierte
Sinter-Gleitlager
aufgrund der anfänglichen
Abnutzung im praktischen Gebrauch des Lagers eine hohe Standzeit
auf.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Bei
dem erfindungsgemäßen ölimprägnierten
Sinter-Gleitlager für
hohe Kontaktdrücke
wird im Gebrauch des Lagers die Gleitfläche unter einem hohen Anpreßdruck ausgebildet.
Der Zustand geringer Reibung kann so für eine lange Zeitspanne aufrecht
erhalten werden. Es ist daher möglich,
das Wartungsintervall bei zum Beispiel Baumaschinen zu erhöhen, so
daß durch
die Verbesserung der Qualität
des Lagers eine Verringerung der Wartungskosten erreicht wird. Vorteilhaft
ist auch die Anzahl der Prozeßschritte
durch Wegfallen des Schleifens bei der Endbearbeitung der Lagerfläche geringer.
