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Verfahren zur Herstellung von Verbundmetallbändern für Lager Bisher
wurden für die Herstellung von Lagern Dreischichtenmetallbänder verwendet, die aus
einer Stahlgrundlage, einer Zwischenschicht aus Messing, Kupfer oder einer anderen
Nichteisenlegierung und einer obersten Schicht aus Weißmetall oder anderem Lagermetall
bestehen. Die Stahlunterlage dient als starke Stützunterlage für das Lager. Die
Zwischenschicht war oft eine Blei-Kupfer- oder Blei-Bronze-Mischung oder Silber,
Kupfer oder Bronze und wirkte wegen ihrer Lagereigenschaften als Sicherheitsfaktor
im Falle von Brüchen o. dgl. des obersten Überzugs. Der letztere Überzug bzw. die
eigentliche Lagermetallschicht wird so dünn ausgebildet, als dies unter Berücksichtigung
der engsten Herstellungstoleranzen denkbar ist.
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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Ausbildung dieser allgemeinen
Art von Bändern als Mehrschichtenmetallstreifen bezeichnet werden können. Als eigentliche
oberste Lagerschicht ist Weißmetall mit einigem Erfolg verwendet worden, jedoch
ergibt sich hierbei der Nachteil, daß dieses mit dem Kupfer der Zwischenschicht
eine hoch zinnhaltige Legierung von Kupfer und Zinn bilden kann. Blei und Legierungen
auf Bleigrundlage sind im großen Umfange als Lagermetall verwendet worden. Vor allem
im Falle dünner Oberflächenschichten aus Blei werden diese auf galvanischem Wege
niedergeschlagen. Es hat sich jedoch als notwendig erwiesen, das Blei gegen Korrosion
durch die Zersetzungsprodukte des Schmieröls durch Zusatz eines geeigneten Legierungselements,
wie Zinn oder Indium, widerstandsfähig zu machen.
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Es sind auch bereits Lager durch Gießen oder galvanisches Niederschlagen
einer Zwischenschicht aus Silber oder Kupfer unmittelbar auf eine geformte Stahlstützschale,
nachdem das Lager in die endgültige Form und auf nahezu die endgültigen Abmessungen
gebracht
worden ist, wobei ein geeignetes Spiel für die Stärke der endgültigen Lagerschicht
verbleibt, und anschließendes galvanisches Niederschlagen einer Schicht von Blei
oder :aufeinanderfolgend einer Schicht von Blei und einer Schicht von Indium mit
folgendem Erhitzen des Lagers, um diese Schichtenineinander zu diffundieren, hergestellt
worden.
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Es wurde durch Versuche gefunden, daß gegossene Legierungen von Blei
oder Indium mit oder ohne kleine Zusätze von Kupfer oder Zinn anderen Werkstoffen,
die bisher als Oberflächenschichten verwendet wurden, sehr erheblich überlegen sind.
Demgemäß besteht das gemäß der Erfindung für die Herstellung von Lagern zu verwendende
Mehrschichtenmetallband aus einer tragenden Stahlgrundlage, einer Zwischenschicht
aus etwas weicherem Metall, wie Bronze oder Blei-Bronze, und einer Oberflächenschicht
aus einer Blei-Indium-Legierung, die auf die Zwischenschicht aufgegossen wird. Vorzugsweise
weist das Dreischichtenmetallband nach der Erfindung eine oberste oder Lagerschicht
auf, die aus Blei mit von i bis io°/° Indium, o bis 1,5% Zinn und o bis 20/0 Kupfer
legiert ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Oberfläche
der Zwischenschicht, die, wie oben angegeben, zweckmäßig aus Bronze oder Blei-Bronze
besteht, mit kleinsten narbenartigen Aushöhlungen versehen wird, die entweder mechanisch
oder chemisch vor dem Aufgießen der Lagerschicht auf sie hergestellt werden. Diese
Narbungen bewirken nicht nur eine bessere Verbindung zwischen der Lagerschicht und
der Zwischenschicht, sondern die Erfahrung hat gezeigt, daß ein härteres Grundmetall,
welches diese kleinen Aushöhlungen aufweist, die mit weichem Lagermetall ausgefüllt
sind, eine ausgezeichnete Lagerfläche ergibt.
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Die Erfindung umfallt ferner das Verfahren zur Herstellung des Verbundmetallbandes
und aus dem verbesserten Metallband hergestellte Lager.
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Ein Vorteil der erwähnten Aufrauhung der Zwischenschicht besteht darin,
daß, wenn die Lagermetallschicht schmilzt oder abgearbeitet wird, die kleinen Aushöhlungen
vergleichsweise große Mengen der Blei-und Legierungslagerschicht festhalten, so
daß hierdurch die Lebensdauer des Lagers erheblich verlängert wird. Die in diesem
Falle verbleibende Oberfläche kann aus mehr als 5o0/0 Blei oder Bleilegierung bestehen,
während die Legierung der Zwischenschicht kaum mehr als 350/0 Blei, normalerweise
15 bis 250/0, und unter Umständen gar kein Blei enthält. In Fällen, in denen die
Metall- oder Legierungszwischenschicht wenig oder gar kein Blei enthält, sind die
Vorteile, die durch diesen Aufrauhungsvorgang erzielt werden, erheblich. Die Herstellung
dieser genarbten Oberfläche der Zwischenschicht sichert, daß kein plötzlicher Wechsel
zwischen der obersten Lagerschicht und der tragenden Zwischenschicht erfolgt, sondern
statt dessen ein allmählicher Wechsel der Eigenschaften von einer Schicht zu der
anderen, der sich in vertikaler Richtung in besonderen Fällen über einige Hundertstel
Millimeter erstrecken kann. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Erfindung nicht notwendigerweise
die Arbeitsstufe der Aufrauhung umfallt, obwohl es bei gewissen Typen von Lagern,
wie den obenerwähnten, vorteilhaft ist, sie anzuwenden. Bei der praktischen Ausführung
der Erfindung wird ein Stahlband mit geeigneten physikalischen und chemischen Eigenschaften
verwendet, wie z. B. der als SAE iozo in Großbritannien bekannte Stahl, und auf
diesen wird die Zwischenschicht durch Aufgießen oder in gewissen Fällen auf galvanischem
Wege aufgebracht. Sie kann aus Kupfer, Silber, Bronze, Messing, Kupfer-Blei, Bleibronze,
Kupfer-Indium, Kupfer-Zinn-Indium, Kupfer-Blei-Indium, Kupfer-Zinn-Blei-Indium oder
einem anderen geeigneten Metall oder Legierung bestehen. Das in dieser Weise mit
der Zwischenschicht bekleidete :Metallband wird dann durch eine Maschine geführt,
die das Aufbringen der Lagerschicht bewirkt.
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Es ist zweckmäßig, das Stahlband, das Zweischichtenmetallband und
das endgültige Dreischichtenmetallerzeugnis in aufgewickelter Form zu handhaben.
Damit eine fortlaufende Arbeitsweise der Maschine zum Aufbringen der Schicht möglich
ist, wird eine Stumpfschweißmaschine verwendet, um das Band der einen Rolle mit
dem auf der nächsten zu verbinden. Die erste der die Maschine bildenden Einheiten
ist daher eine Stumpfschweißmaschine.
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Das Band kann in geeigneter Weise, beispielsweise durch Trichloräthylenentfettung
oder durch alkalische Reinigung mit oder ohne Strombenutzung, entfettet werden.
Wenn eine weitere Reinigung notwendig ist, so werden als dritte Einheit für die
Durchführung des Verfahrens umlaufende Kratzbürsten verwendet. Der Reinigungsprozeß
ist nicht unbedingt in allen Fällen notwendig, jedoch sichert er, daß keine Fremdstoffteile
auf der Oberfläche des Bandes infolge eines dort vorhandenen Films von Fett oder
01 verbleiben.
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Die endgültig genaue Gestaltung des Zweischichtenmetallbandes vor
dem Aufgießen der obersten Schicht kann dann durch Fräsen oder andere Bearbeitungsvorgänge
oder durch Walzen in der Arbeitsrichtung der Maschine erfolgen, obwohl dieser Arbeitsvorgang
zweckmäßiger durchgeführt wird, bevor das mit der Zwischenschicht versehene Band
in die Maschine eintritt.
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In Fällen, in denen eine Aufrauhung der Oberfläche erfolgen soll,
kann sie zweckmäßig in diesem Stadium des Verfahrens vorgenommen werden, und zwar
durch Rändeln, Walzen mit kerbend wirkenden Walzenoder mittels eines Sandstrahl-
oder Stahlkiesgebläses. Es muß darauf geachtet werden, daß der Luftdruck so bemessen
und die scharfkantigen Stoffe und ihre Größe so gewählt werden, daß die Teilchen
derselben sich nicht in die Oberfläche der Zwischenschicht einbetten bzw. in dieser
verbleiben.
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Im Falle von aus zwei Komponenten bestehenden Werkstoffen, wie Kupfer-Blei,
Bleibronze u. dgl., wird, wenn die Arbeitsstufe des Aufrauhens Anwendung findet,
das Band vorzugsweise einem Ätzvorgang unterworfen, durch welchen die harte Grundschicht
bis auf eine Tiefe von 0,00025 bis 0,00125 mm selektiv entfernt wird. Dies
kann leicht durch Verwendung einer wässerigen Lösung von Ammoniak von 0,88o spezifischem
Gewicht und ioo Volumteilen Wasserstoffsuperoxyd oder auch dadurch erfolgen, daß
das Band als Anode in einem elektrischen Bad verwendet wird, das aus einer Mischung
in den anteiligen Verhältnissen
: 21;'i 1 Ammoniak, 250
ccm handelsübliche Essigsäure, 250 ccm Wasser besteht, wobei dieses Verfahren
bei Raumtemperatur durchgeführt und die Stromdichte entsprechend der verwendeten
Legierung gewählt wird. Wenn das Band einer chemischen Atzbehandlung unterworfen
worden ist, so muß es vor der nächsten Arbeitsstufe des Verfahrens gewaschen und
getrocknet werden.
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Ein Bad, das aus einer Lösung von Zinkchlorid in Wasser oder Alkohol
oder einer Mischung von beiden besteht, kann verwendet werden, um das Band mit einem
Flußmittel zu überziehen und seine Oberfläche während der nun folgenden Wärmebehandlung
zu schützen.
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Das Band kann erhitzt werden, indem es durch einen Muffelofen oder
Induktionsheizspulen hindurchgeführt wird, um derart seine Temperatur bis auf etwa
3oo bis 330' oder höher zu bringen, wobei erforderlichenfalls eine inerte
oder reduzierende Atmosphäre verwendet wird, um eine atmosphärische Oxydation der
Bänder zu verhindern. Wahlweise kann es in manchen Fällen erwünscht sein, den Streifen
dadurch auf die erforderliche Temperatur aufzuhitzen, daß er in ein Bad aus schmelzendem
Blei eingetaucht wird, oder auch durch unmittelbare Widerstandserhitzung unter Verwendung
des Bandes selbst als Widerstand.
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In diesem Stadium des Verfahrens wird eine Haube über den Streifen
gedeckt, um einen Strom von Chlorwasserstoffgas auf die Fläche zu leiten, auf die
die Blei-Indium-Legierung gegossen werden soll. Unmittelbar nach der Behandlung
mit Chlorwasserstoffsäuregas wird der Streifen zu der sich bewegenden Grundplatte
eines beheizten Gießkastens, in welchen die geschmolzene, die Lagerfläche bildende
Legierung fließt. Die geeignetste Legierung für die obere Schicht besteht aus Blei
mit von i bis io°/° Indium, o bis 1,5% Zinn und o bis 20/0 Kupfer. Das Zinn und
das Kupfer sind nicht wesentlich, jedoch erhöhen sie offensichtlich die Dauerfestigkeit.
Die Korrosionswiderstandsfähigkeit wird durch den Zinnzusatz verbessert, und es
kann dann weniger von dem teuren Metallindium verwendet werden, als dies sonst notwendig
wäre. Das Band tritt aus dem Gießkasten unterhalb eines in vertikaler Richtung einstellbaren
Schiebers aus, durch welchen die Dicke der geschmolzenen Legierung auf Bleigrundlage,
die auf das Band aufgebracht wird, eingestellt werden kann. Die Temperatur der geschmolzenen
Legierung kann von nur wenig mehr als der Schmelztemperatur bis auf ungefähr iooo
° C ansteigen, vorzugsweise liegt sie bei ungefähr 700' C. Die Schicht von
geschmolzenem Lagermetall wird unmittelbar, nachdem das Band den Gießkasten verläßt,
durch dünne Strahlen von Hochdruckwasser abgeschreckt, die auf seine untere Seite
gerichtet werden.
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Die Bleilegierungsschicht wird dann auf ihre endgültige Dicke bearbeitet,
indem das Band unter Fräswerkzeugen oder Putzmessern hindurchläuft, und das fertige
Band wird, für die Herstellung von Lagern fertig vorbereitet, aufgespult. Alles
durch die Fräswerkzeuge und Putzmesser entfernte :Metall kann selbstverständlich
zum Zwecke der Wiederverwendung in den Schmelzbehälter zurückgeführt werden. Es
wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit des Bandes bei dem Aufgießvorgang zwischen
5o cm und 9 m je Minute liegen kann, jedoch ist eine Geschwindigkeit von 4,5 m je
Minute besonders zweckmäßig.
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Zuweilen kann es erwünscht sein, dem Arbeitsprozeß des Aufgießens
des Lagermetalls auf das Band eine Schlußstufe anzufügen, die in einem Niederschlagen
von Blei, Zinn oder eines anderen Schutzmetallüberzugs auf die Rückseite der Stahlunterlage
des Bandes auf galvanischem Wege besteht, um diese derart während der Herstellung
der Lager gegen Korrosion zu schützen. In anderen Fällen kann ein Schutzüberzug
auf der Rückseite des Bandes durch Anwendung eines Bades aus geeignetem Metall erzeugt
werden, durch welches das überzogene Band vorerhitzt wird, bevor die Lagerschicht
aufgegossen wird, oder es kann sich als zweckmäßiger erweisen, diese Arbeitsstufe
in einer besonderen Anlage durchzuführen.