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Lagerschale und Verfahren zu ihrer Herstellung Für Lager verwendete
man bisher vorzugsweise eiserne Lagerschalen, die mit einem Ratäaußfutter ausgego@ssen
waren. Auch Läger aus Elsen-, Stahl-, Messing-, Kupfer- und anderen Metallbacke@ngliedern
mit einer, aufgelöteten Lagermetallfiäche aus' gehärtetem Blei. sind bekannt. Die
in dieser Wetise ausgebildeten Lager sind außerordentlich dickwandig und schwer
und in ihrem Anwendungsbereich mit Rücksicht auf ihre, Eigenschäften beschränkt.
Ihre Herstellung ist umständlich und schwierig und auch kostspielig. Dazu kommt,
daß mit ihrer Herstellung ein außerordentlicher Verbrauch. -an. zum Teil wertvollen
Metallen verbunden ist. Angesichts dieser- Nachteile, bedeutete es eiineän erheblichen
technischen Fortschritt, diaß man in den letzten Jahren dazu übergegangen: ist,
an Stelle dieser Lagerschalen, Lagerbüchsen zu verwenden, die von nahtlosen Rohren
aus Lagermetall abgeschnitten sind und di.L unmittelbar in dem die Lager tragenden
Ma.-schine@nteiil, beispielsweise durch, Einpressen, befestigt werden können. Ohne
diesen Schritt wäre die Entwicklung des modernen Auto mobil- und Flugzeugbaues undenkbar.
Nur auf diese Weise war es möglich, so dünnwandige, räumsparende Lagerschalen herzustellen
und diese in der erforderlichen Menge so billig zu fabrizieren, daß man den fortschrittlichen
und
konstruktiven Forderungen, die die Entwicklung dieser Gebiete stellten, gerecht
werden konnte.
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Leider besitzen aber die so von nahtlosen Rohren aus Lagermetall hergestellten
Lagerbüchsen ebenfalls einige Nachteile, die zu Schwierigkeiten in ihrer Verwendung
führen Diese liegen teils darin, daß ihre Festigkeit zu wünschen übrig läßt, teils
darin, daß die Ausdehnungskoeffizienten des Lab rmetalles, aus dem sie bestehen
und des Metalles, aus dem der die Lagerbüchse tragende Maschinenteil besteht, meist
erhebliche Unterschiede aufweisen. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß sich die
eingepreßten Büchsen bei eintretendem Temperaturwechsel unter Veränderung ihrer
Abmessungen leicht lockern. Um diesen Übelstand zu vermeiden, sieht man eine kräftige
Verspannung vor, d. h. man preßt die Lagerbüchsen unter starkem Druck in die in
Frage kommenden Maschinenteile. Hierbei muß man aber einen anderen Nachteil mit
in Kauf nehmen insofern, als sich der Durchmesser der' Büchse infolge des hohen
Preßdruckes leicht ändert, so daß die Maßlialtigkeit durch einen zweiten Arbeitsgang,
nämlich durch Aufreiben mit der Reibahle, wiederhergestellt werden muß.
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In der Entwicklung, die der Lagerbau durch Z'envendung von Lagerbüchsen
genommen hat, welche von nahtlosen Rohren aus Lagermetall abgeschnitten sind, führt
die Erfindung abermals einen bedeutsamen Schritt vorwärts. Sie hat ein Verfahren
zum Gegenstand und besteht darin, daß das zum Bilden der Lager dienende Rohr aus
einer mit Lagermetall schweißplattierten eisernen Rohrluppe nahtlos gezogen ist.
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Eine gemäß Erfindung ausgebildete Büchse besitzt infolge der höheren
Festigkeit des Eisens einen erheblich größeren Widerstand gegen Zusammendrücken
als eine Büchse aus LagermetaI1 allein, so daß die nach dem Einpressen sonst erforderliche
kostpielige IVachreibearbeit mit der Reibahle ganz oder zum Teil vermieden -werden
kann. Es hat dies nicht nur eine erhebliche Ersparnis an Arbeit zur Folge, sondern
matt kann auch eine größere- Genauigkeit erzielen. Durch die zwischen dem Eisenteil
und dem Lagermetallteil bestehende innige Schweißverbindung erhält die Lagerbüchse
«-eiter einen Ausdehnungskoeffizienten, der sich aus dem Verhältnis dieser verschieden
gearteten Teile ergibt und der also dem Eisen im wesentlichen entspricht. Die Lagerbüchse
besitzt somit praktisch den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie der -Maschinenteil,
mit dein sie in Verbindung gebracht werden soll. Bei einer in einem eisernen Maschinenrahmen
angeordneten Lagerbüchse: gemäß Erfindung besteht somit nicht die Gefahr der Lockerung
bei Temperaturänderungen. Die Erfindung bietet ` auch den Vorteil, daß die Büchsen
auch bei stärkerer Erwärmung auf der Welle nicht I klemmen bzw. sich festfressen.
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Durch die Erfindung wird aber auch noch ein anderer den Bronzelagerbüchsen
anhaften-; der 'Mangel beseitigt, der darin besteht, daß sich die Büchsen im Gebrauch
mit der Zeit aus%valzen. Dieser -Mangel tritt um so mehr in Erscheinung, je größer
die `Wandstärke der Bronzebüchse ist. Bei Lagerbuchsen geinäß Erfindung beträgt
die Stärke des Lagermetallteiles nur einen Bruchteil der Wandstärke, die eine Bronzebüchse
geringstenfalls besitzt. Die Gefahr eines Auswalzens mit nachteiliger Wirkung ist
damit in jedem Fall auf ein -Minimum verringert. -Man kann erfindungsgemäß aber
auch auf eine Stärke der Lagermetallauflage lierunter,gelien, bei der ein Auswalzen,
das irgendwie nachteilig in Erscheinung treten könnte. praktisch überhaupt nicht
mehr möglich ist.
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Ein weiterer 'Vorteil der Erfindung liegt in der Materialersparnis.
Während die bekannten Bronzebüchsen normalerweise eine Wandstärke von 3 bis d mm
besitzen, können erfindungsgemäß Lagerbüchsen mit einer Metallauflage von einer
Stärke bis herunter auf 0,2,3 mm hergestellt «-erden.
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Ein wesentliches Ertindtnigünierkmal liegt wie gesagt darin. daß das
Auflagemetall bei Herstellung der Rohr.. von denen die Lagerbüchsen abgeschnitten
werden, init (lern das Kernrohr bildenden Eisen verschweißt ist und beide gemeinsam
eine weitere Verforinung durchmachen. Diese gemeinsame Verformung führt zu einer
tiefgreifenden Durcharbeitung der Auflage und damit zu einem Höchstmaß an Werkstoffgleichmäßigkeit
in der Laufschicht, was insbesondere für den Automobil- und Flugzeugmot<)rerihau
von Bedeutung ist. Die Verforinuügsvorgänge, die das Auflagemetall geineinsain mit
dem Eisen durchmacht, führen weiterhin zu einer weitgehenden Verfestigung der Laufschicht.
deren Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung damit erhöht wird, so daß die sonst bei
hohen Belastungen und Umdrehungszahlen leicht auftretenden, vorzugsweise durch Schwing°u
tigen ausgehsten. gefürchteten =ltislrröckehingen, die auf Ermüdungserscheinungen
beruhen. in Fortfall kommen. Auch lassen sich durch Kaliziehen der Rohre ein geeigneter
Härtegrad und eine holte -Verschleißfestigkeit ohne= Sch-,vieriglkeit erzielen.
Schließlich wird durch die V `rformttng eitle Steigerung der durch Verschweißung
lre@virlcteii Aneinanderhaftung der Plattierschichten über das bis dahin bekannte
-Maß Hinaus erreicht.
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Durch die vorstellend beschrietknen Werkstoffeigenschaften
unterscheidet
sich die Lagerbüchse gemäß Erfindung grundsätzlich von anderen bekanntem Lagerbüchsen,
die ebenfalls. aus Eisenblech mit einer Auflage aus Metall bestehen. So ist es beispielsweise
bekannt, Blechstreifen mit einer Auflager aus Lagermetall zu versehen und die das
Lagermetall tragenden Streifen in einzelne Stücke zu unterteilen, aus denen sodann
Lagerbüchsen gebogen werden. Auch ist es bekannt, ein fertig verformtes Rohr aus
Eisen und ein Rohr aus Lagermetall übereinanderzuziehen; beide miteinander zur Haftung
zu. bringen und sodann aus dem Rohr Lagerbüchsen abzutrennen. Im einen wie im anderen
Fall machen das Eisen und da,s. Lagermetall gemeinsam keine erheblichen Verformungsgänge
durch, und es fehlen demgemäß auch den so. hergestellten Lagerbüchsen die Eigenschaften,
die dien Lagerbüchsen gemäß Erfindung eigentümlich sind. Die Lagerbüchse kann je
nach Erfordernis mit einer Innenauflage oder einer Innen- und Außenauflage versehen
sein. Man kann auch je nach der Beanspruchung im letzten Fall den inneren Belag
stärker oder schwächer machen. als den äußeren. Die Beläge können auch aus verschiedenen
Legierungen bestehen, beispielsweise so; daß die Innenauflager aus Zinnbronze mit
höchsten Laufeigenschaften, die Außenauflage zwecks Verlbilligung und Verminderung
des Verbrauches. an Sparmetallen dagegen nur aus Messing in verhältnismäßig geringer
Stärke besteht. Der Messingmantel dient bei dieser Ausführung nur als Komrasionsschutz.
Je besser die Laufeigenschaften der Metalle sind, um so, schwerer lassen sie sich
meist verformen. Gemäß Erfindung können einige der seither nicht oder nur schwer
verarbeitbaren Lagerlegierttngen auf dem Wege des Warmpressens und Kaltziehens verarbeitet
werden. Der mit der Lagermetallaufl.age auf ganzer Auflagefläche verschweißte Eisenmanteil
ermöglicht infolge der unlöslichen Verschweißung zwischen dem in,, der Wärme bildsamen
Einsen. und dem beii den Verarbeitungstemperaturen verhältnismäßig spröden Lagermetall
die Verarbeitung auch des letzteren.
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Die Güte einer Schweißung nimmt mit zunehmender Temperatur zu. Es
ist bekannt, daß beispielsweise die Verbindung zwischen Eisen und Kupfer dann am
innigsten wird, wenn das Kupfer bei der Verschweißung stark über- seinen Schmelzpunkt
erhitzt wird. Im Gegensatz dazu müssen beim Schweißen von Zinn- und Messingbronzen
Temperaturen verwendet werden, die nahe am Schmelzpunkt der beitreffenden Legierungen
liegen.
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Besonders der Flugmotorenbau stellt an die Leistungsfähigkeit von
Lagern hohe Anforderungen. Die Zusammensetzung der Legierung maß für solche Zwecke
genauestens eingehalten werden. Zum Teil ist es jedoch, wenn der zur Rohrherstellung
bestimmte Rohling durch Gußverschweißung hergestellt wird, nicht zu vermeiden, daß
Eisen in die Lagermetallauflage gelangt und so die Zusammensetzung der Legierung
eines Änderung erfährt. Zur Vermeidüng dieses Übelistanides verfährt man bei der
Gußverschweißung zweckmäßig in der Weise, daß man zunächst die Bohrung des Eisenrohlings
mit Kupfer oder einer geeigneten Legierung anschweißt und danach erst in eine im
Kupferkern. vorgieseheine Bohrung die Lagerlegierung, die einen niedrigeren Schmelzpunkt
als der erste Aus:guß besitzt, einschweißt. Zweckmäßig ist es, die Zusammensetzung
der Lagerlegierung derart zu wählen, daß die bei, ihrem Einr schweißen eintretende
teilweise Auflösung der zuerst eingebrachten Schicht- ihre richtige Zusammensetzung
herbeiführt.
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Die Herstellung einer Lagerbüchse gemäß Erfindung durch Gußverschweißung
und an@ schließende Rohrherstellung wird nachfolgend beispielsweise beschrieben:
Ein Eisenblock von 1,5 m Länge, ioo mm Durchmesser und So mm Bohrung wird in üblicher
Wise mit Kupfer gefüllt, wobei der Block selbst alis Kokille dient. Dar Block wird
danach in einem Glühofen so lange erwärmt, bis das den. Kern füllende Kupfer die
Schweißungstemperatur von etwa 114o bis ii8o' C erreicht hat. Anschließend läßt
man den Block langsam abkühlen, indem man ihn zwecks Vermeidung von Lunkerbildung
nach und nach aus wärmeren in kältere Zonen bringt. Ist der Kupferguß erstarrt,
so wird der Kupferkern auf beispielsweise 4o mm grasgebohrt und der vorher beschriebene
Einschweißungsprozeß mit der Lagerlegierun g wiederholt. Hierbei verwendet man beispielsweise
einer etwa io% Zinn enthaltende Legierung, wenn die fertige Auflage 8% Zinn enthalten
soll. Der so erhaltene Block wird in Abschnitte, von i 8o mm Länge zerteilt, die
nunmehr auf der Strangpresise verpreßt werden,. Dabei wird nicht die bei der Verarbeitung
von. Eisen übliche, sondern eine erheblich tiefer liegende Temperatur verwendet.
Zweckmäßig wird das Verpressen bei 7oo bis 8oo° durchgeführt. Um die Anwendung einer
so, niedrigen Temperatur für die Verarbeitung von Eisen zu ermöglichen, wählt man
zweckmäßig ein Eisen, das beispielsweisse einen Kohlenstoffgehalt von weniger als
0,2% hat und verhältnismäßig geringe Verunreinigungen, beispielsweise weniger als
0,0250/0 Ph, 0,035'10 S, 0,380/0 - Mn und o,a8% Si aufweist. Ein solches
Eisens, besitzt eine Festigkeit von weniger als 42 kg/mrn2
urid
eine Dehnung von mehr als 20%. Die 1i.=ispi,clsiceise auf 30N35 warn, cOrgePrel3-ten
Rohrluppen «-erden dann auf ein geeignetes Fertigmali, beispielsweise ih X 1-2.
kalt fertiggezckgcn. Anschließend iverdeii (1i, -rforderlichen Lagerlängen al)etrennt.