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Härtung von aus Eisenpulver gepreßten Gleitkörpern durch Behandlung
mit gasförmigen Diffusionsstoffen Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Gleitlagers
mit geringer Reibung und Abnutzurig, hoher Bètriebssicherheit, guten Notlaufeigenschaften
und geringen Herstellungs-und Wartungskosten.
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Das Wesen der Erfindung besteht in der Anwendung des Verfahrens zur
Härtung von aus Eisenpulver bestehenden gepreßten und gesinterten porösen Gleitkörpern
durch Behandlung mit gasförmigen Diffusionsstoffen, wie Stickstoff und Kählenstoff
auf solche Gleitkörper, die durch Versinterung der Eisenpulverteilchen ohne Verwendung
von Lotmitteln thergestellt sind. Die Eisenschwammkörnchen können vorteilhaft Vanadium,
Titan, Aluminium oder Chrom öder mehrere dieser Stoffe enthalten und werden in bekannter
Weise verpreßt, gesintert und dann gehärtet. Die Stickstoffhärtung kann während
der Abkühlurig des gesinterten Lagers erfolgen. Gegebenenfalls kann insbesondere
bei größeren Lagern nur die Gleitfläche des Lagers an ihrer Oberfläche gehärtet
werden. Zweckmäßig wird der gesinterte Lagerkörper vor seiner Härtung auf genaues
Endmaß gebracht.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, Lagerschalen für Gleitlager
durch Verlötung von Eisenschwammkörnchen mittels Kupfers herzustellen und sodann
durch Einwirkung von Kohlenstoff zu härten. Es wurde nun gefunden, daß die Vorteile
der Härtung erst dann voll zur Geltung kommen, wenn der Sinterkörper frei von derartigen
weichen Lotmittelbestandteilen ist, da diese von dem Härtungsvorgang nicht erfaßt
werden, die Poren des Körpers verschmieren und daher gerade im Zusammenwirken mit
besonders harten Eisenteilchen sich nachteilig auswirken. Auch erschwert der Lotmittelüberzug
auf den Eisenschwammteilchen deren Härtung: Die Anwendung einer Diffusionshärtung
bringt daher bei porösen Gleitkörpern aus °Eisen, die niedriger schmelzende Lotmittel
enthalten,
kaum Vorteile; wendet man dagegen die Diffusionshärtung in Verbindung mit lotmittelfrei
gesinterten Eisengleitkörpern an, so können je nach den Betriebsbedingungen sehr
erhebliche Vorteile hinsichtlich der Gleit- und Abnutzungseigenschaften der Gleitkörper
erzielt werden.
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Durch Härtung des lotmittelfreien Eisenschwammkörpers ergibt sich
eine gleichmäßig harte Struktur, die je nach der Einwirkungsdauer und Art des Härtungsprozesses
mehr oder weniger tief in das Innere des Körpers hineinreicht, der mehr oder weniger
große Härtegrade besitzt.
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Es ist zwar auch bereits vorgeschlagen worden, für Lagerzwecke bestimmte
Sinterkörper in Öl abzuschrecken, jedoch werden den Sinterkörpern gemäß diesem bekannten
Vorschlage keine die Härtung ermöglichenden Stoffe beigegeben, und ges tritt daher
durch das Abschrecken auch keine Härtung ein, während die Erhöhung der Härte gerade
das Wesen der Erfindung ausmacht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise ausgeführt, daß die
Eisen- bzw. Eisenschwammkörnchen zunächst verpreßt und dann gesintert und vor oder
während, vorzugsweise aber nach erfolgter Sinterung gehärtet werden, insbesondere
durch Einwirkung von Stickstoffgasen oder -gasverbindungen, z. B. Ammoniak. Bei
Anwendung von Ammoniak beträgt die Arbeitstemperatur zweckmäßig etwa 550'C. Die
erzielte Härte der Schicht und die Tiefe derselben hängt ab von der Menge des durch
den Härteofen durchgegebenen Ammoniakgases bzw. der Einwirkungszeit desselben. Im
allgemeinen empfiehlt sich eine Einvirkungsdauer von etwa 1/2 Stunde. Der Härtungsvorgang
kann zweckmäßig mit der Sinterung verbunden werden in der Weise, daß nach erfolgter
Sinterung bei Temperaturen von etwa 12oo° C die Ofentemperatur auf etwa 55o° C herabgemindert
wird, während gleichzeitig das bei der Sin terung durch den Ofen gegebene reduzierende
Gas, z. B. Wasserstoff, ganz oder teilweise durch Ammoniak ersetzt wird. Als Ofenmaterial
werden zweckmäßig verchromte Stahlrohre verwendet, da andere Werkstoffe, insbesondere
Porzellan und Quarz, durch die Nitrierung gegebenenfalls leiden. Der so hergestellte
Formkörper kann für Gleitlagerungen mit sich drehenden, um einen Winkel schwenkenden
oder in gerader oder gekrümmter Bahn aufeinandergleitenden Teilen Anwendung finden.
Infolge der gleichmäßigen Schmierung, welche durch die Porosität des erfindungsgemäßen
Formkörpers gewährleistet wird, können in diesem Falle ohne Bedenken beide aufeinandergleitenden
Flächen gehärtet sein. Gegebenenfalls können auch beide Flächen aus dem porösen
Material hergestellt sein, oder aber eine Fläche besteht aus normalem gehärtetem
Stahl. Bisher war es im allgemeinen schwierig, zwei aufeinandergleitende Lagerungsflächen
beidseitig zu härten, vielmehr wurde jeweils die eine der beiden aufeinandergleitenden
Flächen weich belassen, um ein Fressen des Lagers zu vermeiden. Nur für Sonderzwecke
hat man die beiderseitigen Gleitflächen gehärtet, wobei dann jedoch besondere umfangreiche
Maßnahmen getroffen werden mußten, um eine absolut gleichmäßige Schmierung zu gewährleisten,
Druckölschmierung o. dgl. Die Erfindung ermöglicht dagegen die Herstellung von Gleitlagerungen
mit beiderseitig harten Gleitflächen unter Verwendung sehr einfacher Schmiereinrichtungen
oder sogar unter Fortfall aller Schmiereinrichtungen.
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Man kann bei der Herstellung von Gleitlagern so vorgehen, daß die
Lagerlaufflächen, z. B. die Welle und/ oder die Lagerschale, zunächst im weichen
Zustand miteinander in Betrieb genommen werden, bis das Lager sich eingelaufen hat
und erst dann die Härtung der Laufflächen erfolgt .Man erzielt auf diese Weise sehr
genau passende geringe Abnutzung und geringe Reibung besitzende Lager.
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Man kann auch in der Weise vorgehen, daß die Lagerschale nur oberflächlich,
insbesondere an ihrer Lauffläche in an sich bekannter Weise einer Härtung unterzogen
wird. In die-0 semn Falle ist die Lauffläche hinreichend hart, um sein Verschmieren
der Poren und damit ein Festfressen mit Sicherheit zu vermeiden; trotzdem ist eine
Anpassung (Einlaufen) zwischen Welle und Lager möglich infolge Verformung der weichen
inneren Teile der Lagerschale, auf denen die harte Lauffläche sozusagen schwimmt
bzw. nachgiebig gelagert ist. Die Beschränkumg der Härtung auf die Lagerlauffläche
bietet ferner den Vorteil, daß beispielsweise :ein etwa ausgelaufenes Lager durch
einen vorzugsweise radial allseitig nach innen wirkenden Druck in ihrem Durchmesser
so zweit verkleinert werden kann, daß wieder eine gute Passung zwischen Lager und
Welle eintritt. Durch dieses Verfahren -wird bemerkensw erbenveise die gute Beschaffenheit
der Lauffläche nicht beeinträchtigt; gegebenenfalls kann .auch die Härtung zu diesem
Zwecke rückgängig gemacht werden, z. B. Ausglühen unter nachträglicher 1\T@euh;ärtimg.
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Auch für hin und her gehende Gleitlagerungen o. dgl. wird der neue
Lagerungskörper mit Vorteil verwendet. Beispielsweise können in Kolbenarbeits- oder
Kraftmaschinen, Kreiskolbenmaschinen o-. dgl. die Kolben, Kolbenringe undloder Gehäuse
bzw. Zylinder ganz oder teilweise aus dem gehärteten, porösen
Material
tiergestellt werden. Ein Festfressen des Kolbens in dem Zylinder wird auf diese
Weise auch bei etwaigem Versagen der Ölung mit Sicherheit vermieden.
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Interessanteresweise hat es sich weiter ergeben, daß das, während
des Laufens aus der Lagerbuchse heraustretende Öl bei einer gehärteten Buchse eine
größere Sauberkeit aufweist als bei einer ungehärteten Buchsee. Bei der ungehärteten,
also weniger festen Buchse ist das Öl durch kleine Eisenschwämmteilchen verunreinigt,
die durch die in diesem Falle offenbar stärkeren inneren Erschütterungen aus dem
Eisenschwammgefüge losgerissen wurden.
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Auch Stempelvorrichtungen können mit Stempelplatten aus dem erfindungsgemäßen
neuen Material versehen werden, wobei auf der Rückseite der Stempelfläche ein Vorratsraum
für die Aufnahme der Stempelfarbe vorgesehen werden kann. Der so beschaffene Stempel
versorgt sich ständig selbsttätig mit Farbe, indem er durch die Kapillarwirkung
durch die Stempelplatte die erforderliche Menge neuer Farbe ansaugt, ohne daß andererseits
ein zu starkes Nachfließen der Stempelfarbe zu befürchten ist.
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Auch für die verschiedensten anderen in der Technik verwendeten Maschinen-
und sonstigen Teile findet der neue Werkstoff mit Erfolg Anwendung, überhaupt überall
da, wo die Anwendung feinporiger bzw. selbstschmierender harter Flächen Vorteile
bietet, insbesondere in Verbindung mit vor der Härtung erfolgender Formgebung. Anwendungsbeispiele
hierfür sind Unterlegscheiben, Hahnküken, Ventilsitze, Dichtungsringe, Bolzen für
Gallsche Ketten, Zahnräder, Schneckentriebe, Rollen für Rollenlager, Schaltnocken,
Kollektoren, Schleifringe, Bürsten, Stromabnehmer und Schlößteile.
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Nachstehend seien einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielsweise
und schematisch näher beschrieben. Es bedeuten: Abb. I Querschnitt durch einen Zylinder
mit Tauchkolben, Abb. 2 Querschnitt durch ein Lager; Abb. 3. Querschnitt durch einen
Stempel, Abb. 4. die gleiche Stempelplatte von unten gesellen, Abb.5 leinen Teil
eines Zuhaltungsschlosses: Gemäß Abb. I ist in dem Zylinder I mit dem Deckeln 2
eine Buchse 3 aus dem erfindungsgemäßen porösen, harten Metall eingesetzt. Der Kolben
q4 ist in dieser Büchse 3 geführt und durch den Bolzen 5 und die Lagerung 6 mit
der Kurbelstange 7 verbunden. Auch das Läger 6 kann aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff
bestehen bzw. mit einer Buchse aus diesem Werkstoff versehen sein. Auch die Kolbenringe
8 können aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt sein. Es ergibt sich so
eine Zylinderanordnung mit sehr geringer Verlustreibung, hoher Dichtigkeit und Betriebssicherheit
bei kleiner Abnutzung. Ein Fressen des Kolbens in dem Zylinder ist nahezu ausgeschlossen.
Auch hier kann die Herstellung so erfolgen, daß die Teile zunächst im weichen Zustande
miteinander in Betrieb genommen werden, bis sie sich eingelaufen haben, und dann
erst gehärtet werden.
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Gemäß Abb. 2 ist die Welle 9 mit einer fest aufgeschobenen bzw. aufgeschrumpften
Buchse Io versehen, die aus dem erfindungsgemäßen Material besteht und ihrerseits
in einer Lagerschale I i läuft, die aus dem gleichen Material hergestellt ist. Die
Lagerschale I I ruht in einer Halterung 12. Im allgemeinen reicht es aus, die Teile
I o und I I vorzugsweise im Vakuum mit öl zu tränken; für besonders schwere Betriebsbedingungen
kann jedoch such eine zusätzliche Ölzufuhr vorgesehen werden durch Anordnung eines
Ölbehälters 13 in dem Teil 12, in welchen ein Docht 14 hieinragt, der an der Lagerbuchse
I I anliegt und diese durch die Kapillarwirkung dauernd mit Öl versorgt. Die Nachfüllungsmöglichkeit
für das Öl ist durch die Öffnung 15 angedeutet.
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Gemäß Abb. 3 und q4 ist die Stempelplatte I an ihrer Unterfläche mit
profilartigen Erhebungen 17 versehen, die der Form der zu druckenden Zeichen entsprechen.
Die Oberseite der Stempelplatte besitzt eine Vertiefung 18, in der die Stempelfarbe
19, vorzugsweise gebunden in einer stempelkissenartigen oder sonstwie saugfähigen
Masse angeordnet ist. Das Ganze wird durch den aufklappbaren Deckel 2o verschlossen
gehalten. Die Herstellung eines derartigen Stempels kann in einfachster Weise erfolgen,
indem die Stempelplatte zunächst in weichem Zustand durch Druck mit der erforderlichen
Profilierung versehen wird. Hierbei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß diejenigen
Teile, welche nicht drucken sollen, also zusammengedrückt werden, gleichzeitig ihre
Porosität ganz oder teilweise verlieren, .so daß neu noch de erhaben vorstehenden
Teile der Stempielplatte ihre Porostät bewahren, so daß beim Aufdrücken der Stempelplatte
auf die zu bedruckende Fläche nur diese Teile eine Schwärzung vergeben. Auch für
Buchdruck usw. kann dieses Verfahren mit Vorteil verwendet werden. Es genügt unter
Uriständen eine ganz geringfügige Eindrückung derjenigen Teile, welche eicht drucken.
sollen, zumal wenn diese Teile gleichzeitig öder nachträglich mit einem Überzug
versehen oder so behandelt -werden, daß keine Stempielfarbe
bzw.
Druckerschwärze an diesen Stellen austreten kann.
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Gemäß Abb. 5 ist den Riegel 23 mit dem Ansatz a1 und/oder der Sperrvorrichtung
22 aus dem erfindungsgemäßen Material bergestellt. Da die Teile mit Öl getränkt
sind, kann das so ausgerüstete Schloß immer leicht betätigt werden, ohne daß die
Gefahr des Einrostens oder Schwergehens besteht.