-
Verfahren zur Herstellung selbstschmierender Lager Den Gegenstand
der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung im wesentlichen aus Metall bestehender
selbstschmierender Lager für die verschiedenartigsten Verwendungszwecke.
-
Es liegen bereits nach verschiedenen Richtungen hin Versuche vor,
selbstschmierende Lager aus Metall herzustellen. In erster Linie hat man feine Metallpulver
mit Graphit gemischt, zusammengepreßt und zusammengesintert. Man ging im wesentlichen
nach denselben Grundsätzen vor, nach denen metallische Dynamobürsten erzeugt wurden.
Dabei übersah man jedoch, daß die Dynamobürste einen Körper vorstellt, welchen man
absichtlich verschleißen läßt, um andere .Teile der Maschine vor dem Verschleiß
zu bewahren. Der Graphit konnte hier als Schmiermittel dienen, weil auch die Metallteilchen,
zwischen denen der Graphit eingelagert war, der Abnutzung unterlagen und dadurch
auch immer wieder neue Graphitteilchenfreigelegt wurden.
-
Bei einem Lager muß man jedoch streng darauf sehen, daß der Verschleiß
nach Möglichkeit vermieden wird, weil sonst die darin laufende Welle locker wird
und dadurch Schäden verschiedenster Art auftreten.
-
Der Aufbau eines Lagers entsprechend demjenigen einer Dynamobürste
konnte daher nicht die gewünschten Resultate liefern.
-
Ähnlich wie bei den Dynamobürsten suchte man auch die Lager aus möglichst
feinem Pulver zu pressen. Man erhielt dadurch sehr feine Kapillaren zwischen den
einzelnen Pulverteilchen für die Aufnahme von 01. Trotzdem kam man mit derartigen
Lagern ohne weitere Zufuhr von Schmieröl nicht aus, wenn man dieselben längere Zeit
in Betrieb halten wollte.
-
Solche Lager besaßen aber auch außerdem noch den Nachteil, daß ihre
mechanische Festigkeit verhältnismäßig gering war, da sie aus übermäßig vielen Einzelteilen
bestanden, die zwar an ihren Berührungsstellen miteinander zusammengesintert waren,
infolge ihrer Kleinheit aber ein Gefüge geringer Festigkeit bildeten. Außerdem befanden
sich zwischen den einzelnen Metallteilchen auch noch die Graphitpulverteile,welche
eineLockerung des ganzen Gefüges herbeiführten.
-
Gemäß der Erfindung gelingt es im Gegensatz dazu, Lager herzustellen,
welche eine sehr hohe Festigkeit besitzen, gleichwohl aber derartig porös sind,
daß sie große C51- oder Fettmengen, bis q.0°/" ihres Eigenvolumens oder noch mehr,
aufzunehmen vermögen. Es gelingt ferner, die Poren derartig auszubilden, daß diese
im . wesentlichen miteinander in Verbindung stehen, so daß das (51 im Bedarfsfalle
auch von entfernteren Teilen des Lagers an die Lauffläche herantreten kann. Von
Wichtigkeit ist ferner die Größenordnung der Poren und Kanäle in der Lagerschale.
Je feiner Kanäle und Poren sind, um so größer ist die Kapillaritätswirkung derselben.
-
Versuche haben gezeigt, daß bei Lagern der eingangs erwähnten Art,
welche aus sehr feinem Pulver hergestellt sind, Störungserscheinungen
gerade
deshalb auftraten, weil die Kapillaritätskräfte so groß waren, daß sie das Öl nicht
in genügenden Mengen an die Gleitflächen herantreten ließen.
-
Ein wesentlicher Teil der Erfindung besteht daher darin, die Poren
und Kanäle in der Lagerschale derart auszugestalten, daß die Kapillaritätswirkung
zwar einerseits dazu ausreicht, däs Öl aufzufangen, andererseits jedoch nur so groß
ausfällt, daß der Zutritt genügender Öl- oder Fettmengen an die Gleitfläche erfolgt.
-
Durch die Anpassung der Welle an das Lagerstück und die Bewegung der
ersteren wird eine saugende Wirkung auf das in der Lagerschale befindliche Öl ausgeübt.
Gemäß der Erfindung wird dafür gesorgt, daß die Kapill.aritä tswirkung sich derart
im Gleichgewicht zti der Saugwirkung der Welle befindet, daß jeweils genügende Mengen
von 0I an die Welle herangelangen. Es hat sich gezeigt, daß man die Verhältnisse
dabei so abstimmen kann, daß zwar einerseits genügend Öl an die Welle herankommt,
ein Überschuß von Öl jedoch praktisch vermieden wird. Derartige Lager arbeiten daher
außerordentlich sparsam und bedürfen über geraume Zeit keiner Erneuerung oder Nachfüllung
des Schmiermittels. Sie ergeben gewissermaßen eine automatische Regulierung des
Schmiervorganges. Tritt eineErwärmung an den Gleitstellen auf, so wird das Schmiermittel
dünnflüssiger und infolgedessen in größeren Mengen abgegeben. Bei Abkühlung des
Lagers, also insbesondere bei Stillstand der Maschine, wird das Schmiermittel wieder
rückwärts von der Lagerschale aufgesaugt.
-
Will man sich .außerdem noch die vorteilhaften Wirkungen des Graphits,
insbesondere kolloidalen Graphits, für den Betrieb des Lagers zunutze machen, so
wählt man für die Füllung der Lager graphithaltige Schmiermittel.
-
Zur Erreichung der angegebenen Ziele werden gemäß der Erfindung für
den Aufbau des Lagermetalls relativ grobe Pulverteilchen, feine Späne u. dgl. benutzt.
-
Bei der Erfindung werden in der Hauptsache Körnungen benutzt in einer
Größenordnung zwischen ein_ em Sieb von 576 Maschen bis herauf zu' 16 Maschen (auf
den Quadratzentimeter). Es empfiehlt sich, solche Teilchen zu wählen, die in ihrer
Form möglichst weit von. der Gestalt der Kugel abweichen, also z. B. Sägespäne,
Fellspäne, Fräs- oder Drehspäne, feine Granalien oder durch Zermahlen größerer Metallstücke
entstandene Pulver. Besonders günstig ist esscharfkantige oder fetzenartige Körnchen
zu benutzen. Man kann aber auch innerhalb der angegebenen- Grenzen bestimmte Körnungen
bevorzugen, z. B. diejenigen, welche zwischen dem r-@@ und dem 576. Maschensieb
liegen, oder solche, die zwischen dem 6;4. und dem 490. Maschensieb liegen, u.dgl.
mehr. Auch kann man Pulver benutzen, die Teile enthalten außerhalb der angegebenen
Grenzen, sofern diese nicht in zu großer Anzahl vorhanden sind.
-
Durch dieses relativ grobe Ausgangsmaterial bilden sich beim Zusammenpressen
Poren und Kanäle -der gewünschten Größenordnung. Man kann die Formstücke entweder
warm pressen oder man kann dieselben kalt pressen und die Zusammensinterung der
Metallteilchen hinterher durch Erwärmung in einem Ofen herbeiführen.
-
Für das vorliegende Verfahren können alle Legierungen und Metalle
Verwendung finden, die man sonst für die Herstellung von Lagern benutzt, also insbesondere
Kupfer, Zinn, Zink, Bronze usw. Der aufzuwendende Preßdruck richtet sich im einzelnen
naturgemäß nach der Art und der Beschaffenheit des Ausgangsmaterials und nach der
beim Pressen benutzten Temperatur. Es wird einerseits so stark gepreßt, daß gut
zusammenhängende Formstücke entstehen; andererseits darf der Preßdruck natürlich
nicht so weit gesteigert werden, daß relativ massive Klötze entstehen, deren Poren
so eng ausfallen, daß die Abgabe des Schmiermittels in ausreichenden Mengen gehindert
wird. Die Poren müssen jedenfalls in einer Größenordnung erhalten bleiben, derart,
daß man dieselben mit dem bloßen Auge nach Fertigstellung bzw. Bearbeitung des Formstücks
deutlich zu erkennen vermag.
-
Der günstigste Preßdruck läßt sich für die verschiedenen Materialien
rein experimentell durch den Fachmann feststellen, welcher gewohnt ist, Preßlinge
aus Pulvern zu erzeugen. Die allgemein gültigen Erfahrungssätze gelangen auch hier
zur Anwendung, so daß es genügt, auf die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel
angegebenen Zahlen zu verweisen. Als Faustregel kann man annehmen, daß das spezifische
Gewicht des Preßlings zwischen q. und 6 liegen soll.
-
Durch die Benutzung eines relativ groben Pulvers als Ausgangsmaterial
ist in dem fertigen Formstück die Zahl der Bindestellen zwischen den einzelnen Pulverteilchen
ganz erheblich herabgemindert, die bestehenden Bindestellen sind aber größer und
auch erheb= lich fester gegenüber den früher benutzten feineren Pulvern, derart,
daß das ganze Gefüge ähnlich einem Gitterträger eine hohe Festigkeit erhält. Um
die Bindung besonders wirksam zu gestalten, kann man gemäß einem weiteren Teil der
Erfindung noch- besondere Maßnahmen treffen, welche das Zusammenschweißen oder Zusammensintern
der Pulverteile
während des Erwärmungsvorganges begünstigen, indem
man für besondere Oberflächenreinheit der Pulverteile sorgt oder diese mit einem
anderen Metall, beispielsweise Zinn, Zink, überzieht, das die Oxydation des darunter
befindlichen anderen Metalls verhindert.
-
Auch kann man, wenn man mit Beigaben von Zinn, Zink u. d.1. arbeitet,
auf synthetischem Wege Legierungen zwischen den verschiedenen benutzten Metallen
erzeugen. Noch besser als auf dem Wege der einfachen Mischung gelingt dies, wenn-
man -das schwerer schmelzbare Metall mit dem leichter schmelzbaren, also z. B. Kupfer
mit Zinn, wie oben angegeben, überzieht.
-
so kann man beispielsweise besonders widerstandsfähige Bronzelager
auf folgendem Wege herstellen: Das Kupferpulver wird zunächst mit einem Zinnüberzug
versehen. Dies kann beispielsweise in einfacher Weise in einer rotierenden Trommel
geschehen, die ungefähr auf den Schmelzpunkt des Zinns erwärmt wird. Man setzt dem
Kupferpulver etwa io °/o Zinnpulver zu und fügt diesem Gemenge noch etwas Salmiakpulver
bei. Das ganze Gemisch wird dann in einer rotierenden Trommel, wie angegeben, erwärmt,
dabei verteilt sich das Zinn fein und gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der
Kupferteilchen, ohne daß diese zusammenbacken. Preßt man dann aus dem so vorbereiteten
Pulver auf kaltem Wege die Formlinge, so wird durch die vorhandene Zinnhaut bereits
die Festigkeit des Preßlings erhöht. Beim Erhitzen des Preßlings tritt zunächst
an den Berührungsstellen der einzelnen Teilchen eine Art Verlötung ein. Bei längerer
Ausdehnung des Erhitzungsprozesses wandert das Zinn in das Kupfer hinein und bildet
mit diesem Bronze. Dabei verschweißen sich gleichzeitig die einzelnen Bronzeteilchen,
so daß sie eine feste gegenseitige Bindung erhalten.
-
Es ist von Wichtigkeit, dafür zu sorgen, daß die Erwärmung bei dem
Sinterungs-bzw. Schweißprozeß nicht zu hoch getrieben wird, weil sonst das ganze
Gebilde in sich zusammensackt und die Poren und Kanäle, auf welche es gerade ankommt,
übermäßig verengt oder gar vernichtet werden. Man muß daher den Erwärmungsprozeß
so leiten, daß die Schmelztemperatur der entstehenden Legierung nicht erreicht oder
gar überschritten wird. Das Material wird dann zu weich und sackt in sich zusammen.
-
Gemäß einem weiteren Teil der Erfindung kann man aber bei der Herstellung
der Lagerkörper aus verschiedenen Metallen dieser Gefahr auch dadurch begegnen und
sogar höhere Temperaturen anwenden, wenn man den Erwärmungsprozeß zu einem Zeitpunkt
abbricht, wo die schwerer schmelzbaren Metall= teilchen, .z. B. Kupferteilchen;,
sich erst zum Teil mit den leichter schmelzbaren Teilchen, z. B. Zinnteilchen, legiert
haben; so daß gewissermaßen ein Kern des schwerer schmelzbaren Metalls bestehen
bleibt, welcher von der entstandenen Legierung umschlössen bleibt.
-
Der Zeitpunkt der Unterbrechung des Glühvorganges läßt sich unschwer
durch einige Versuche feststellen.
-
Das Kupfer, das nämlich einen erheblich höheren Schmelzpunkt besitzt
-als die Legierung mit dem Zinn; bildet dann, insoweit es noch nicht mit diesem
legiert ist, gewissermaßen ein Gerüst, welches die weicheren,-bereits entstandenen
Bronzebestandteile haltert, so daß sie.nicht zusammensacken können. Ob dieser Zustand
erreicht ist, läßt .sich "ohne weiteres an dem Formkörper erkennen, wenn man an
diesem eine saubere Schnittfläche erzeugt und diese unter dem Mikroskop betrachtet.
Man kann dann genau sehen, wieweit noch Kupfer vorhanden ist bzw. wieweit die Bronzebildung
vor sich gegangen ist.
-
Bei dieser Art des Verfahrens kann man mit Temperaturen arbeiten,
die über dem Schmelzpunkt der Bronze liegen, und man gelangt auf diese Weise zu
einer wesentlichen Abkürzung der Herstellungszeit, während gleichzeitig die Bindung
zwischen den einzelnen Teilchen eine besonders gute ist.
-
Die Formstücke werden praktisch so ausgeführt, daß sie bereits möglichst
genau die benötigte Gestalt besitzen und nur noch geringer Nacharbeit bedürfen.
Dabei ist zu beachten, daß bei der Bearbeitung, namentlich im letzten Arbeitsgang,
die Poren des Materials nicht zugedrückt oder mit abgehobenem Material gefüllt werden
dürfen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den letzten Span mit besonders hartem
Material, Widiastahl, oder noch besser mit einem Diamanten abzuheben oder auszubohren.
Ausführungsbeispiel ioo kg Kupferpulver, das einerseits durch das 64er Maschensieb,
andererseits durch das 4ooer Maschensieb begrenzt ist, wird in einer rotierenden
Trommel mit io kg feinem Zinnpulver unter Zusatz von i kg Salmiakpulver gemischt
und dabei auf etwa 25o ° erwärmt.
-
Das abgekühlte und mit einer Zinnschicht überzogene Kupferpulver wird
dann in eine Preßform geschüttet und mit einem Druck von 8oo kg pro Ouadratzentimeter
zusammengepreßt. Der Preßling wird alsdann in einem Ofen auf goo° erwärmt und io
Min. auf dieser Temperatur gehalten. Alsdann läßt
man denselben
langsam erkalten. Nunmehr kann die Bearbeitung des Formstückes auf Maßhaltigkeit
durch Drehen, Hobeln, Fräseg u. dgl. erfolgen. Der letzte Arbeitsgang:v'vi""11,J
mit Hilfe eines Widia- oder Diamant*e zeuges durchgeführt. Das fertige Werkstuel
wird dann in üblicher Weise mit Fett gei tränkt und kann nunmehr in die Maschine
eingebaut werden.