DE822038C

DE822038C - Lager

Info

Publication number: DE822038C
Application number: DEV1008A
Authority: DE
Inventors: David Frederick Green; Noel Percy Mallet
Original assignee: Vandervell Products Ltd
Current assignee: Federal Mogul Shoreham Ltd
Priority date: 1945-03-19
Filing date: 1950-05-12
Publication date: 1951-11-22
Also published as: GB637154A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 22. NOVEMBER 1951

V ioo8 VIa/48a

Lager

Die Erfindung bezieht sich auf Lager. Für hoch beanspruchte Lager für Maschinenkurbelwellen u. dgl. wird bisher allgemein eine Bauart verwendet, welche aus einer Stahlstützschale besteht, die mit einer verhältnismäßig dicken Zwischenschicht aus einem widerstandsfähigen Metall oder einer Legierung ausgekleidet ist, die gewisse Lagereigenschaften besitzt, und auf welche ihrerseits wieder eine dünne, weiche Oberflächenschicht aus Lagermetall mit guten, reibungsvermindernden Eigenschaften, verbunden mit hinreichender Korrosionswiderstandsfähigkeit, aufgetragen wird. Beispielsweise weisen solche Dreimetallager eine auf eine Stützschale entweder durch Gießen oder auf galvanischem Wege aufgetragene Schicht aus Bronze oder Bleibronze und eine auf diese aufgebrachte eigentliche Lagerschicht aus Blei oder einer Blei-Indium-Legierung auf. Für die geringeren Beanspruchungen sind selbstverständlich Bimetallager, die lediglich eine Schicht aus Lagerweißmetall oder einer anderen Legierung auf Bleigrundlage auf einer Stahlstützschale aufweisen, seit vielen Jahren verwendet worden.

Die Lager nach der Erfindung gehören in gewisser Beziehung insoweit zu dieser letzteren Art von Lagern, als sie keine Zwischenschicht aufweisen, so daß sie sich hierdurch grundsätzlich von den obenerwähnten Trimetallagern unterscheiden. Andererseits unterscheiden sich aber die Lager nach der Erfindung von den bekannten Bimetalllagern dadurch, daß die gemäß der Erfindung verwendete Schicht von Lagermetall sehr dünn ist. Hierunter ist zu verstehen, daß die Dicke" der Schicht 0,25 mm nicht übersteigt und bis auf

o,oi3 mm herabgehen kann, weil gefunden wurde, daß die zweckmäßigste Stärke der Schicht die dünnste ist, die überhaupt verwendet werden kann. Ein solcher dünner Film aus weichem Lagermetall hat sich in der Praxis als außerordentlich dauerhaft unter Arbeitsbedingungen erwiesen, die normalerweise eine dickere Schicht beschädigen würden. Nicht nur treten bei einer dünnen Schicht Brüche bzw. Störungen seltener auf, sondern es

ίο entstehen auch, wenn eine solche Störung wirklich eintritt, keine gefährlichen großen und zu einem unregelmäßigen Lauf führenden Spielräume, wie dies im Falle einer dicken Schicht der Fall sein würde.

Die Herstellung von Lagern nach der Erfindung ist einfacher als die von Lagern mit einer Zwischenschicht, weil sie eine weniger komplizierte Anlage und Ausrüstung erfordert-. Ferner können zahlreiche verschiedene Legierungen unter Benutzung

ao ein und derselben Einrichtung auf Stahlstützschalen aufgebracht werden. Die genaue Stärke der Lagermetallschicht und die Auswahl des anzuwendenden Metalls ist selbstverständlich abhängig von dem besonderen Zweck, für welchen

»5 das Lager verwendet werden soll.

In gewissen Fällen kann es notwendig oder erwünscht sein, mit dem Ziele, eine ausreichende Adhäsion zwischen dem Lagermetall und der Stahlstützschale der neuen Lager zu sichern, zwischen beide eine sehr dünne Bindeschicht einzuschalten. Die Stärke einer solchen Bindeschicht beträgt aber dann nicht mehr als ungefähr 0,0025 mm und kann damit hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und ihres Zweckes beispielsweise mit der Haftschicht aus Nicke] _O(jer Kupfer verglichen werden, die für die Verbindung von Silber mit Stahl Verwendung findet, und nicht mit den Zwischenschichten aus Bronze o. dgl., die bei den oben beschriebenen Trimetallagern Verwendung finden. Es hat sich jedoch bei der Herstellung der verbesserten Lager nach der Erfindung nicht als notwendig erwiesen, eine solche Bindeschicht zu verwenden, wenn eine der weiter unten angegebenen Lagermetallegierungen verwendet wird.

Obwohl die Erfindung nach anderen Verfahren hergestellte Lager nicht ausschließt, wird vorzugsweise die dünne Schicht aus weichem Lagermetall auf eine vorgeformte Stahlstützschale auf galvanischem Wege niedergeschlagen. Die Bestandteile der Lagermetallegierungen können gemeinsam niedergeschlagen werden oder auch in zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten, die anschließend einer Diffusionsbehandlung unterzogen werden, um die Legierung zu bilden. Die Dicke der galvanisch niedergeschlagenen Schicht liegt entweder von vornherein innerhalb der oben gegebenen Grenzen, oder es erfolgt eine anschließende Bearbeitung, um sie auf eine innerhalb dieser Grenzen liegende Stärke zu bringen. Die letztere Maßnahme ist in gewissen Fällen notwendig, in denen es schwierig ist, eine plattierte Schicht von hinreichend gleichmäßiger Stärke zu erzeugen.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird gemäß einem vorzugsweisen Verfahren eine j Stahlstützschale in der üblichen Weise durch Walzen und Formen von Stahlstäben hergestellt. Nach einer geeigneten Entfettungsbehandlung wird die Schale durch Eintauchen in eine wässerige ! Lösung von Mineralsäuren bei einer Temperatur j von zwischen 20⁰ C und 8o° C 5 bis 120 Sekunden lang für das Aufbringen des galvanischen Niederschlages vorbereitet. Die genaue Zeitdauer und Temperatur dieser Behandlung hängt von der Art des verwendeten Stahles ab. Eine geeignete Lösung ist die folgende: konzentrierte HNO₃ 125 cm³, konzentrierte HCl 375 cm³, Wasser 500 cm³.

Die Schale wird dann gewaschen und ihre Innenfläche mit dem ausgewählten Lagermetall plattiert. Beispiele von Lagermetallen, die sich für das galvanische Niederschlagen auf eine Stahlstützschale zum Zwecke der Herstellung der Lager nach der Erfindung eignen, sind Legierungen von Blei und Zinn, die binären Legierungen Zinn-Indium, Zink-Indium und Blei-Indium, in welchen Indium als der kleinere Anteil vorhanden ist, und ferner die binären Legierungen Indium-Kupfer, Indium-Zink, Indium-Zinn und Indium-Blei, in denen Indium als Hauptbestandteil vorhanden ist, während das zweite Legierungselement eine Steigerung der Härte über die des reinen Indiums bewirkt. Unter den ternären Legierungen, die verwendet werden, sind die Legierungen auf Bleigrundlage zu erwähnen, die gewisse Mengen an Zinn und Antimon oder an Zinn und Indium enthalten.

Elektrolytische Bäder und Bedingungen, die für das galvanische Niederschlagen von Legierungen von Blei und Zinn geeignet sind, sind allgemein bekannt.

Andererseits sind bisher Legierungen von Zink mit Indium und von Zinn mit Indium noch nicht auf galvanischem Wege niedergeschlagen worden. Es wurde gefunden, daß dies unter Verwendung von Elektrolyten des allgemein in der britischen Patentschrift 573848 zum Zwecke des Niederschlagens von Indium beschriebenen Typs möglich ist, die im wesentlichen aus einem durch Zusatz eines Alkalihydroxyds stabilisierten Indiumcyanid-Saccharid-Bad bestehen.

Zum Niederschlagen von Zink-Indium-Legierungen wird dem Elektrolyt für die Erzeugung eines Indiumniederschlages, der bereits beschrieben worden ist, Zinkcyanid zugesetzt. Vorzugsweise wird eine Indium niederschlagende Lösung verwendet, die aus Cyankalium und Kalilauge besteht, da diese ein stabileres Bad für den gemeinsamen Niederschlag von Zink und Indium ergibt als ein solches mit den entsprechenden Natriumverbindungen. Da Zinkcyanid in diesem Elektrolyt nicht leicht löslich ist, wird es zunächst in einer Lösung von Ammoniak von dem spezifischen Gewicht 0,880 gelöst und in Form einer Lösung zugesetzt. Durch Änderung der Lösungskonzentration und der galvanischen Bedingungen in entprechender Weise ist es möglich, jede beliebige Zink-Indium-Legierung niederzuschlagen. Die nachstehend gegebenen zwei besonderen Beispiele erläutern das

Verfahren zum galvanischen Niederschlagen dieser Legierungen hinreichend:

He i sρ ie I I

Eine Zink-Indium-Legierung, die etwa 20% Indium enthält, kann aus einer Lösung folgender Zusammensetzung niedergeschlagen werden: Indium 10 g/I, Zink 30 g/l, Dextrose 50 g/l, freies Kaliumhydroxyd 50 g/l, freies Cyankalium 30 g/l.

Für diesen Zweck wird eine Anode aus Kohle oder Graphit verwendet und die Lösung etwas bzw. in mittlerem Grade gerührt. Hierbei wird eine Temperatur von etwa 20⁰ C aufrechterhalten und eine Stromdichte von 3 Ampere/dm² verwendet.

Ein Liter der Lösung kann hergestellt werden, indem 70 g Cyankalium in 600 ecm Wasser aufgelöst werden, worauf langsam unter Rühren 20 ecm einer Indiumtrichloridlösung (mit 500 g Indium/l) zugesetzt werden und nunmehr eine gekühlte Lösung von 70 g Kaliumhydroxyd in 100 ecm Wasser, worauf erneut gekühlt und eine Lösung von 54 g Zinkcyanid in 120 ecm einer Ammoniaklösung von 0,880 spezifischem Gewicht zugesetzt und bis auf die Gesamtmenge verdünnt wird.

Beispiel II

Eine Indium-Zink-Legierung, die etwa 25 % Zink enthält, kann aus einer Lösung folgender Zu- j sammensetzung niedergeschlagen werden: Indium 23 g/l, Zink 14 g/l, Dextrose 24 g/l, freies Kaliumhydroxyd 20 g/l, freies Cyankalium 42 g/l.

Es werden die gleichen Arbeitsbedingungen wie gemäß Beispiel I eingehalten, und das Verfahren zur Herstellung der Lösung ist ähnlich.

Um Zinn-Indium-Legierungen niederzuschlagen, wird einem Indium-Plattierbad, wie es in der britischen Patentschrift 573848 beschrieben ist, Kaliumstannat zugesetzt. Auch hier wird vorzugsweise eine aus Cyankalium, Kaliumhydroxyd, den entsprechenden Metallsalzen und Dextrose hergestellte Lösung verwendet statt einer solchen, die aus den entsprechenden Natriumverbindungen besteht, da die sich ergebende Lösung für die Plattierung mit der Legierung stabiler ist. In diesem Falle ergibt sich der weitere Vorteil, daß Kaliumstannat, insbesondere bei höherer als der Raum-» temperatur, besser löslich ist als Natriumstannat. j Beim Niederschlagen von Zinn-Indium-Legierungen wird vorzugsweise die Dextrosekonzentration der Lösung gesteigert, so daß sie in derselben Größenordnung liegt wie die Summe der Zinn- und der Indiumkonzentrationen. Wenn die Dextrosekonzentration unterhalb dieses Wertes liegt, so sind die Lösungen, insbesondere in der Wärme, nicht so stabil. Wieder ist es möglich, eine beliebige Zinn-Indium-Legierung niederzuschlagen, und die folgenden Beispiele erläutern hinreichend das angewendete Verfahren:

Beispiel III

Eine für das Niederschlagen einer Zinn-Indium-Legierung, die ungefähr 7% Indium enthält, geeignete Lösung ist eine solche von der folgenden Zusammensetzung: Indium 15 g/l, Zinn 60 g/l, Dextrose 68 g/l, freies Kaliumhydroxyd 50 g/l, freies Cyankalium 50 g/l.

Für den Galvanisierungsvorgang wird eine Graphitanode verwendet und die Lösung leicht bis in mittlerem Grade gerührt. Es wird eine Temperatur von 8o° C aufrechterhalten und eine Kathodenstromdichte von 3 Ampere/dm² verwendet. Die Lösung kann in der gleichen Weise hergestellt werden wie eine Zink-Indium-Lösung, jedoch werden statt einer ammoniakalischen Zinkcyanidlösung Kristalle von Kaliumstannat zugesetzt.

Beispiel IV

Claims

Patentansprüche: Für das Niederschlagen einer Indium-Zinn-Legierung mit etwa 200/o Zinn ist folgende Lösung geeignet: Indium 30 g/l, Zinn 20 g/l, Dextrose g/l> freies Kaliumhydroxyd 45 g/l, freies Cyankalium 60 g/l. Die Arbeitsbedingungen sind die gleichen wie nach Beispiel III, ebenso wie das Verfahren zur Herstellung der Lösung.

1. Aus einer Stahlstützschale und einer Innenschicht aus Lagermetall bestehendes Lager, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht von weichem Lagermetall, die auf die Stahlstützschale entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung lediglich einer sehr dünnen Bindeschicht aufgebracht ist, eine Dicke von zwischen 0,25 mm und 0,025 ^mm aufweist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermetallschicht aus einer der folgenden Legierungen besteht: Zinn-Indium, Zink-Indium, Blei-Indium, Indium-Kupfer, Blei-Zinn, Blei-Zinn-Antimon und Blei-Zinn-Indium.

3. Verfahren zur Herstellung von Lagern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine vorgeformte Stahlstützschale, entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung lediglich einer sehr" dünnen Bindeschicht, eine Schicht aus einer weichen Lagermetallegierung, deren Legierungsbestandteile sowohl gemeinsam niedergeschlagen oder aufeinanderfolgend galvanisch niedergeschlagen und einer anschließenden Diffusionsbehandlung unterzogen werden, aufgebracht wird, wobei die Dicke der galvanischen Schicht entweder von vornherein auf die von zwischen 0,25 mm und 0,025 ^mm beschränkt ist oder durch nachträgliche Bearbeitung auf diese Stärke gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall eine Legierung von Zink und Indium ist und der galvanische Niederschlag aus einem Indiumcyanid-

Saccharid-Bad erfolgt, das durch ein Alkalimetallhydroxyd stabilisiert ist und außerdem j Zinkcyanid enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermetall eine Legierung von Zinn und Indium ist und galvanisch aus einem Indiumcyanid-Saccharid-Bad niedergeschlagen wird, das durch ein Alkalimetall· hydroxyd stabilisiert ist und außerdem Kaliumstannat enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lndiumcyanidbad unter Verwendung von Kaliumcyanid und Kaliumhydroxyd hergestellt wird.