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Verfahren zum Ausschleudern von Lagern Die Erfindung bezieht sich
au.f Lager für Wellen u nd Zupfen, die, wie beispielsweise bei Verbrennungsmotoren,
insbesondere fürFlugzeuge, unter starker Belastung mit hoher Geschwindigkeit umlaufen
und daher die Laufflächen außergewöhnlich stark beanspruchen. Derartige Lager erhalten
vorzugsweise einen Ausgwß aus einem gegen Abnutzung widerstandgfähi"-,eu, möglichst
geringe Reibung bietenden Metall, das in dünner Schicht durch Anschleudern auf eine
stützende Unterlage aufgebracht wird. Zur Herstellung der Schicht können verschiedene
Lagermetalle oder -legierungen verwendet werden, welche die genannten, für solcheLager
vorteilhaftenEigenschaften besitzen. Lagerbronzen verschiedener Zusammensetzungen
können z. B. verwendet werden, aber Silber eignet sich besonders gut für das Verfahren
gemäß der Erfindung. Die dünne Schicht kann auf der Innenseite der als Träger dienenden
zylindrischen Lagerhülse angebracht wenden, so daß sie, wie bei den üblichen Kurbelwellen-
und Pleuelstangenlagern, ein Lagerfutter bildet, sie kann aber auch sowohl die Innenseite
wie die Außenseite der Hülse bedecken, wie hei den sogenannten schwebenden Lagern,
die bei einigen der Motoren verwendet werden, bei denen die
Zylinder
in V-Form bzw. radial zur -Motorwelle angeordnet sind, so daB sie einen Winkel miteinander
bilden und zwei Pleuelstangen auf einen einzigen Kurbelzapfen wirken. Ferner kann
die dünne Schicht aus Lagermetall nur auf der Außenseite des Trägers angebracht
werden.
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Wie erwähnt, eignet sich Silber sehr gut zur Herstellung von Lagern
gemäß der Erfindung. Es wirkt stark reibungsverringernd, wird nur langsam abgenutzt,
hat ungefähr dieselbe Härte wie hochwertiges Blei oder plastische Bronze und andere
Bronzen, die in großem Ausmaße das Babittmetall als Lagerschalenausguß abgelöst
haben, -und ist ein guter Wärmeleiter, so daß die Wärme, die durch die Reibung zwischen
dem Lagerschalenausguß und dem sich darin drehenden Lager- oder Achszapfen entsteht,
rasch an die Welle oder das Lagergehäuse abgeleitet wird. Silber ist auch zähe und
weniger streckbar als die bisher verwendeten Lagermetalle und hat wenig Neigung
zum Verdrücken oder zum Ausfließen unter der Einwirkung von Stößen. Ferner zeigen-
Ausgüsse aus diesem Metall wenig Neigung, sich an. den in ihnen umlaufenden Achszapfen
abzusetzen. so daB Rissebildung gänzlich oder in weit höherem Maße als hei den bisher
bekannten Lagermetallen verhindert wird. Nach -dem Verfahren gemäß der Erfindung
läBt sich Silber leichter und fester als andere Lagermetalle mit einem Träger bzw.
einem Lagerfutter verschweißen oder verschmelzen. Es wurde gefunden, daB ein Lager
mit einem LagerschaIenausguß aus Silber länger als bekannte Lager betriebsfähig
bleibt und größeren Beanspruchungen ie Flächeneinheit als diese widerstehen kann.
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Die Erfindung besteht nun in einem Verfahren zum Ausschleudern von
Lagern mit einer vorzugsweise aus Silber bestehenden Auskleidung, die innerhalb
des Lagers geschmolzen wird. Das Schmelzen des AusguB-metalls geschient in einem
becherartigen Behälter aus Kohlenstoff, der in das beiderseitig geschlossene Lager
eingesetzt ist und das geschmolzene Metall bis zum Beginn des Schleuderns von den
Lagerschalenwandungen fernhält. Die Benutzung eines Behälters aus Kohlenstoff hat
den Zweck, in dem Lager eine reduzierende Atmosphäre zu erzeugen; dadurch, daß der
erhitzte Kohlenstoff sich mit der im Lager eingeschlossenen geringen ,Menge Sauerstoff
zu Kohlenoxyd verbindet. Da dieses bekanntlich ein starkes Reduktionsmittel ist,
werden die in dem Lagermetall, der Lagerhülse und dem Behälter vorhandenen geringenOxydmengen
während derErhitzung zu den entsprechenden 'Metallen reduziert. Be vor das Anschlendern
des Lagermetalls auf die Lagerschale beginnt, kommt deren Innen-Hiiclie finit dem
Lagermetall nicht in Berührung, d. 1i. während der `anzen Dauer des 1?rliitzens
und Schmelzens des Lagermetalls ist die gegen die Aufienluft al>geschlo::ene Innenfläche
dem reduzierenden Einfluß des Kohlenoxyds frei zugänglich und wird auf diese Weise
gründlich von allen Oxyden befreit, was für die innige Verbindung des angeschleuderten
Lagermetalls mit der Lagerschalenfläche. von besonderer Wichtigkeit ist und vor
allem auch die Verwendung von Silber als Ausklei-dungsmetall ermöglicht.
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Das Herstellen eines Lagerausgusses unter Benutzung der Fliehkraft
ist bekannt, ebenso das Erhitzen und Schmelzen des Lagermetalls im Innern des gegen
die Außenluft abgeschlossenenLagers in Gegenwart eines kohlenstoffhaltigen Körpers.
Hierbei soll aber die Reinigung der mit Metall zu überziehenden Fläche durch die
waschende Wirkung der Schmelze während der Drehung der Lagerschalen, die waagerecht
liegen. also in der Hauptsache auf mehr mechanische Weise erreicht werden, denn
das flüssige Metall überzieht beim Flüssigwerden sofort die Innenfläche und verhindert
dadurch die Reduktion. Es ist ferner vorgeschlagen worden, in die Lagerschale, nachdem
sie vorgewärmt worden ist, Kohlenoxyd einzuführen, um etwaige Oxyde zu reduzieren;
darauf soll aber dieses Gas vor dem Eingießen des für sich geschmolzenen Lagermetalls
in die umlaufende Lagerschale durch Stickstoff ersetzt «-erden, um ein Wiederoxydieren
während des Eingießens zu verhindern. Diesem bekannten Verfahren gegenüber bietet
dasjenige gemäß der Erfindung den Vorteil größerer Einfachheit.
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Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen
dargestellt.
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Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Lagers mit einem Lagerschalenausguß gemäß der Ertindung ; Abb. 2 zeigt 'schaubildlich
ein nach dem neuen Verfahren hergestelltes Lager; Abb. 3 ist ein Teilschnitt und
zeigt, wie die Anordnung gemäß Abb. i abgeändert werden muB, wenn ein Lager hergestellt
werden soll, dessen Flansche auch mit einer Schicht aus Lagermetall-überzogen werden
sollen; Abb..I ist ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der in A@bb.
@i dargestellten Anordnung; Abb. 5 zeigt, zum Teil im :#ufriB und zum Teil im Schnitt,
eine Drehvorrichtung, die bei der Herstellung von Lagern gemäß der Erfindung verwendet
wird; Abb. 6 ist ein senkrechterQuerschnittdurch eine Anordnung zur Herstellung
von schwebenden Lagern, bei denen die Lagerhülse bzw.
das Lagerfutter
sowohl auf der Innenseite wie auf der Außenseite mit einem Überzug aus Lagermetall
versehen wird; Abb. 7 zeigt in ähnlicher Weise -wie Abb. 6 eine andere Vorrichtung
zur Herstellung von schwebenden Lagern.
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Abb. i zeigt eine Hülse io, die vorzugsweise aus oinem Eisenrohr oder
aus Stahl hergestellt wird und Endflansche besitzt, so daß ein mit Flanschen versehenes
Lager hergestellt werden kann. Diese Hülse dient in dem fertigen Lager als Träger
und verleiht dem Lager -die erforderliche Festigkeit. Abb.2 zeigt den Träger bzw.
das Futter ia eines fertigen Lagers, welches dadurch entstanden ist, daß die Hülse
io durch Nachbearbeitung die richtigen Abmessungen erhalten hat, nachdem die Innenfläche
der Hülse mit einer Schicht 12 aus Lagermetall, vorzugsweise Silber, versehen ist.
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Die Innenfläche der Hülse ico wird: vorzugsweise auf elektrolytischem
Wege mit Kupfer überzogen; wie bei z3 angedeutet. Eine dünne I#,',upferschicht'
sichert eine bessere Verbindung zwischen dem Überzug aus Lagermetall und der Innenfläche
(der Hülse sowie eine bessere Verschweißung des Überzugs. Die Kupferschicht kann
jedoch, falls erwünscht, auch fortgelassen werden.
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Ein Tiegel ,i4., der im wesentlichen in derselben Weise wie Graphittiegel
aus Masse hergestellt isst, wird im Innern der Hülse io so festgehalten, daß er
nicht mit der Innenfläche der Hülse in Berührung kommt. Das Lagermetall 15, vorzugswei,seSilber,
wird in festemungeschmolzenem Zustand in den Tiegel gefüllt.
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Die Enden der Hülse io sind durch dünne Deckel 16, 17 aus Metallblech
geschlossen, über deren Ränder Flansche .i8 bzw. i9 greifen, so daß die Deckel unverrückbar
festgehalten werden. Die Deckel können auch mit den Enden der Hülse verschweißt
werden. Zweck der Deckel ist, das Eindringen von Luft zu verhindern. Die mittleren
Teile der Deckel sind vertieft und dienen zur Aufnahme des Behälters 'q., ider durch
die Deckel in der Mitte der Hülseiio festgehalten wird. Zwischen den Emden des Behälters
14 und den Deckeln sind Asbestscheiben 2ä, 21 vorgesehen. Die untere Scheibe 2o
.besitzt einen radial verlaufenden Schlitz 22, und der untere Deckel weist ein kleines
Loch 23 auf, dessen Durchmesser etwa 1,53 mm (1/1,Z011) beträgt. Durch den Schlitz
22 und das Loch 23 steht das Innere der Hülse bzw. des Behälters mit der Außenluft
in Verbindung. Am oberen Ende des Behälters 14 sind Aussparungeil-24 vorgesehen.
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Wenn die Teile, wie in Abb. i dargestellt, zusammengebaut sind, wird
.das Ganze zunächst in all sich bekannter Weise in einem Ofen mit Gasfeuerung oder
in einem anderen geeinn.cten Ofen auf eine Temperatur erhitzt, die genügend hoch
ist, um (las Lagermetall zu schmelzen und leichtflüssig zu machen. Für Silber l@etr@ägt
diese Temperatur etwa I037-'C (igoo° F). Während der Erhitzung nimmt die Hülse io
selbst eine Temperatur aal, die beträchtlich höher ist als die, welche erforderlich
ist, um das Silber zum Schmelzen zu bringen. Lager, .die einen Durchmesser von etwa
63,5 mm (21/2 Zoll) und eine Länge von 76,2 mm (3 Zoll) haben, können gewöhnlich
im Laufe von etwa 40 Minuten hergestellt werden. Die Herstellungsgeschwindigkeit
ändert sich selbstverständlich mit der Geschwindigkeit, mit welcher das Gas zugefühKt
und im Ofen verbrannt wird.
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Das Ganze wird darauf aus .dem Ofen entfernt, umgestülpt und so rasch
wie möglich auf einer Drehvorrichtung befestigt. Abb. 5 zeigt beispielsweise eine
geeignete Drehvorrichtung mit einem Drehkopf 25, auf welchem das Ganze durch zweckmäßige
Mittel befestigt wird, und mit einer Welle 26, die, wenn Lager von den obenerwähnten
Ablnessungen hergestellt werden sollen, mit einer Umlaufgeschwindigkeit von etwa
1750 Umdrehungen je Minute gedreht wird. Wenn die Hülse io und -der Behälter
14 sich mit einer derartigen Geschwindigkeit drehen, so wird durch die Einwirkung
der Schlelrderkraft das geschmolzene Silber durch die Öffnungen 24 in das Innere
der Hülse io getrieben, und verteilt sieh über die Innenfläche der Hülse. Das Ganze
wird in freier Luft gedreht, bis das Silber erstarrt ist und die verschiedenen Teile
sich so weit abgekühlt haben, daß sie angefaßt werden können. Der Behälter 14 erhält
eine Beschickung von Silber, die genügt, um zunächst auf der Innenseite der Hülse
einen Ausguß von etwa 1,53 mm (1/1s Zoll) Stärke herzustellen. Während des Umlaufens
steht das Innere der Hülse durch den- radialen Schlitz 22 und das Loch 23 mit der
Außenluft in Verbindung, wodurch das Entstehen eines Unterdrucks im Innern der Hülse
während der Abkühlung verhindert wird.
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Daraurf werden die Deckel 16, .1.7 entfernt. und das Lager wird einer
Nachbehandlung unterworfen, um ihm d.ie verlangten genauen Abmessungen zu geben.
Der A.usguß aus Silber oder einem gleichwertigen Lagermetall ist in dem Rohlager
um ein geringes stärker als in dem nachbehandelten Lager. Das während der Nachbehandlung
entfernte 'Metall kann wieder eiaigeschmolzen und zur Herstellung weiterer Lager
mitbenutzt werden. Der Behälter 14 kann nach Abnahme eines Deckels herausgenommen
werden und läßt sich später wiederholt verwenden. Es hat sich
gezeigt,
daß ein einziger Tiegel oder Behälter etwa fünfzig Mal zur Herstellung von Lagern
gemäß derErfindung verwendet werden kann.
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In Abb. 2 zeigen die strichpunktierten Linien 27, wie das zylindrische
Lager durchgeschnitten werden kann, so da13 zwei Halblager entstehen. Derartige
Lager werden sehr häufig als Isurbelwellenla-er verwendet. Die Halblager werden
darauf in einer Presse behandelt, um sie genau halbzylindrisch zu machen und Ausgleich
für das Material zu schaffen.
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Abb. 3 zeigt eine Anordnung, die sich dadurch von der in Abb. i dargestellten
unterscheidet, daß die Hülse io an ihren Enden bei' a8 Aussparungen aufweist, so
daß etwas Lagermetall in radialer Richtung strömen kann. Hierdurch entsteht ein
Lager, dessen Flansche auch mit Silber od. dgl. überzogen sind. Dies ist von Wichtigkeit,
wenn das Lager im Betrieb Enddrücken widerstehen muß. Bei dem Lager in Abb. 2, welches
unter Verwendung der Anordnung gemäß Abb. i hergestellt ist, sind die Flansche nicht
mit Lagermetall überzogen.
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Abb.4 zeigt eine weitere Anordnung zur Herstellung von Lagern. Die
Hülse 29 und die Deckel 30, 31 entsprechen der Hülse bzw. den Deckeln gemäß
Abb. i und 3, aber der kohlenstoffhaltige Behälter 32 für das Metall, aus welchem
der Lagerschalenausguß hergestellt wird, ist in einemTopf 33 angebracht, der auf
dem unteren Deckel 30 festgeschweißt ist. Diese Ausführungsform wird in derselben
Weise wie die schon beschriebene behandelt, mit der Ausnahme, daß es nicht notwendig
ist, die Hülse mit ihrem Inhalt umzustülpen, bevor sie auf die Schleudervorrichtung
aufgesetzt wird. Die Schleuderkraft bewirkt, daß das Lagermetall 'aus dem Behälter
heraustritt und sich über die Innenfläche der Hülse verteilt.
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Abb.6 und 7 zeigen die Herstellung von schwebenden Lagern. Bei Lagern
dieser Art wird eine Schicht aus Lagermetall sowohl auf die Innenseite wie auf die
Außenseite des Trägers aufgetragen und mit dem Träger verschweißt bzw. verschmolzen.
Die Herstellung derartiger Lager unter Benutzung der Schleuderkraft ist bekannt.
Der Träger bzw. die Hülse wird aus Eisen, Stahl oder einem anderen gleichwertigen
Metall hergestellt. Abb:6 zeigt ein metallisches Geb,äuse 34, welches mit Deckeln
35, 36 versehen ist, die mit den Enden des Gehäuses verschweißt sind. Die Enden
der Hülse 37 werden von ringförmigen Aussparungen an den Innenflächen der Deckel
aufgenommen. Der Außendurchmesser der Hülse ist kleiner als der Innendurchmesser
des Gehäuses 3.4, so daß zwischen diesen Teilen ein ringförmiger Hohlraum 38 entsteht,
in welchen geschmalzenes Lagernietoll in an sich bekannter kann, um sich über :lie
Außenfläche der Hülse zu verteilen und mit ihr zu verschmelzen. Der Behälter
39 aus kohlenstottlialtiger 'Masse wird im Innern der Hülse 37 ztviscli:n
den Deckeln in im wesentlichen derselben @@@eise wie in Abb. i und 3 gezeigt, festgehalten.
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Die Anordnung gemäß Abb. 6 wird in der i-xeschriebenen Weise erhitzt.
um .das Lagermetall im Behälter 39 einzuschmelzen, und wird darauf durch die in
Abb. 5 gezeigte oder eine ähnliche Vorrichtung in Umdrehung versetzt.
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Wenn das in Abb. 6 gezeigte Gehäuse mit Inhalt gedreht wird, verteilt
sich das geschmolzene Lagermetall über die Innenfläche der Hülse 37 und ein Teil
strömt durch die Öffnungen 4o an -den Enden der Hülse nach außen und füllt den Hohlraum
38, so daß Schichten aus Lagermetall sowohl auf der Innenseite wie auf der Außenseite
der Hülse 37 entstehen.
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Nachdem das Ganze abgekühlt ist, werden :die Deckel 35, 36 und das
Gehäuse 34 entfernt. wodurch die Schicht aus Lagermetall, vorzugsweise aus Silber,
auf der Außenseite der Hülse freigelegt wird. Die Schicht aus Lagermetall auf der
Innenseite der Hülse wird einer Nachbehandlung unterworfen, um ihr die richtigen
Abmessungen zu geben, und es entsteht ein schwebendes Lager, welches aus einer mittleren
Traghülse aus Stahl od. dgl. und Lagermetallschichten auf der Innen- und der Außenseite
dieser Hülse besteht. Die Enden der Hülse 37 außerhalb der Löcher .'o werden entfernt,
da sie nur dazu dienen, die Hülse so festzuhalten, daß zwischen ihr und dem Außengehäuse
34 der Zwischenraum 38 gebildet wird-.
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Die Anordnung nach Abb. 6 kann auch verwendet werden, um eine Schicht
aus Lagermetall nur auf der Außenseite der Hülse 37 anzubringen. Dies wird in einfachster
Weise dadurch erreicht, daß der Behälter 39 mit einer Silbermenge gefüllt wird,
welche nur unbedeutend größer ist als diejenige, welche erforderlich ist, um den
Zwischenraum 38 zu füllen. Die Außenschicht wird in der beschriebenen Mreise einer
Nachbehandlung unterworfen. Sollte sich etwas Silber od. dgl. auf der Innenfläche
der Hülse ablagern, so kann dasselbe leicht entfernt werden.
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Gemäß Abb. 7 ist die Hülse 41 im Innern eines Zylinders .12 aus kohlenstoffhaltigem
Material derart angeordnet, daß zwischen diesen Teilen ein ringförmiger Zwischenraum
.T3 vorhanden ist. Das geschmolzene 'Metall kann durch Löcher44 in diesen Zwischenraum
hineinströmen, um eine Schicht aus Lagermetall auf derAußenseite der Hülse zu bilden.
Am unteren Ende des Zylinders ist ein Hohlraun
45 vorgesehen, in
welchen das Silber gefüllt wird, bevor der kohlenstoffhaltige Deckel46 auf den Zylinder
aufgesetzt wird. Der Deckel ist mit einer Luftdurchlaßöffnung 47 versehen. Das Silber
wird in der schon beschriebenen Weise durch Erhitzung des Ganzen geschmolzen. Wie
ersichtlich, sind der Zylinder 42 und der Deckel 46 von einem metallischen Gehäuse
48 umgeben.
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Nachdem das Ganze erhitzt und in Umdrehungen versetzt worden ist,
so .daß das geschmolzene Silber sich über die Innenfläche der Hülse 41 und nach
Durchdringung der Löcher 44 auch über die Außenfläche der Hülse verteilt
hat, wird der entstandene Rohkörper in der beschiiebenen Weise einer Schluß:behandl.ting
unterworfen. Bei der in Abb.7 gezeigten Anordnung kann zwar der kohlenstoffhaltige
Zylinder nicht wieder benutzt werden, -denn das Lager kann nicht herausgenommen
werden, ohne den Zylinder zu zerstören, dafür kann er aber aufs einem billigeren
Werkstoff mit einem geringeren Graphitgehalt hergestellt werden als die schon beschriebenen
Behälter. Da auch metallische Deckel und Schweißarbeiten fortfallen, wenden deshalb
-die Herstellungskosten durch Verwenduag der =Anordnung nach Abb. 7 nur unwesentlich
oder überhaupt nicht erhöht.