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Metallischer Verbundkörper, insbesondere Verbundlager und Verfahren
zu seiner Herstellung Vorliegende Erfindung betrifft Lager, insbesondere Verbundlager,
bei denen den Lagerhauptteil ein gutes Lagermetall bildet, das durch eine verhältnismäßig
dünne Schicht eines anderen Lagermetalls bedeckt ist, um die Lagereigenschaften
an allen Stellen zu verbessern.
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Der Hauptzweck der Erfindung ist die Verbesserung eines Verbundlagers
mit zwei Schichten Lagermetall, von denen die eine auf der anderen liegt und bei
denen die Bewegung der oberen Schicht relativ zur unteren Lagerschicht aufgehalten
oder verhindert wird durch Anwendung von Quernuten in der unteren Schicht.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke ist es, ein Verbundlager zu schaffen,
dessen Lagerhauptkörper aus einem Lagermetall wie Aluminium, Aluminiumlegierungen,
Lagerbronze, Bleibronze, Silber, Kupferblei, sauerstoffreiem Kupfer oder anderem
geeignetem Lagermetall besteht und quer zur Umlaufrichtung genutet ist, und der
galvanisch mit einer Schicht eines Lagerweißmetalles überdeckt ist, das aus Legierungen
von Blei, Zinn und/oder Antimon ausschließlich oder zusammen mit geringen Mengen
eines anderen Metalls, wie Kupfer, Indium; Calcium, Arsen usw., besteht.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke ist es, ein Verbundlager zu schaffen,
bei dem eine Aluminiumlegierung als Grundmetall dient, das mit Quernuten auf seiner
Oberfläche versehen ist, die eine Tiefe von 0,0254 mm nicht überschreiten und das
mit einem anderen Metall, wie z. B. einer Bleilegierung, in einer Dicke nicht über
0,0254 mm plattiert ist.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung die
Schaffung eines Lagers mit erwünschten Eigenschaften wie Anpassungs- und Einlauffähigkeit
zusammen mit guten Lagereigenschaften, das auch unter schwerer Belastung nicht zum
Fressen neigt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind an Hand der Zeichnung
hierunter beschrieben. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel in Fig. i im Schaubild
eines typischen halbzylindrischen Lagers für den Motorenbau, in Fig. 2 in einem
linearen Querschnitt durch einen Lagerabschnitt in erheblich vergrößertem Maßstabe
nach den Pfeilen A-A der Fig. i, in Fig. 3 in einem Querschnitt gleich dem nach
Fig. 2 in einem noch größeren Maßstabe und in Fig. 4 den gleichen Querschnitt wie
Fig. 3 bei eingelaufenem Lager, wobei die gestrichelte Linie ungefähr die Linie
der Tragfläche andeutet nach Ingebrauchnahme des Lagers.
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Schwer belastete Verbundlager, wie sie für Verbrennungskraftmaschinen
o. dgl. im Gebrauch sind, zeigen Mängel aus zahlreichen Gründen. Die wichtigste
Ursache solcher Mängel besteht in einer schlechten Verbindung zwischen den verschiedenen
Komponenten des Lagers. Ein anderer Faktor besteht in der Zusammendrückbarkeit des
Lagers, die, wenn die Lagerschicht weich ist, wie z. B. bei Bleilegierungen, einen
Grad annehmen kann, bei dem das Lagerspiel unter hoher Arbeitsbelastung außerordentlich
groß werden kann, falls die Lagerschicht von beträchtlicher Dicke ist. Um diesen
Übelstand zu beseitigen und in gewissem Grade Bindungsschwierigkeiten zu überwinden,
hat man nach einem Lagermetall von geringerer Zusammendrückbarkeit gesucht.
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Aluminium und Aluminiumlegierungeri haben sich für diesen Zweck als
sehr brauchbar erwiesen. Diese Materialien besitzen gute Lagereigenschaften, hohen
Auskleidungswiderstand und sind auch unter sehr hoher Belastung nur wenig zusammendrückbar,
so daß solche Lager sehr verbreitete Anwendung finden.
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Es hat sich gezeigt, daß jedoch solche Aluminiumlager dazu neigen,
bei hoher Belastung, wenn zu dieser hohe Temperaturen hinzutreten, zu fressen und
zu verschleißen, und obgleich solche Lager in vielerlei Anwendung gebraucht werden,
gibt es Anwendungsfälle, bei denen der Gebrauch solcher Lager nicht erwünscht ist.
Bei Versuchen, diesen Übelstand zu beseitigen, hat sich gezeigt, daß eine Weißmetalllagerschicht
von außerordentlich geringer Dicke ein Fressen des Lagers in der Aluminiumschicht
hintenan hält, weil sie wie eine Schmieroberfläche wirkt und eine sehr schnelle
Ausbreitung des Ölfilms ermöglicht und infolge ihrer Weichheit einen Grad von Haftfähigkeit
besitzt, die ein Anfressen der Lagerfläche durch Fremdkörper, die durch das Schmiermittel
zugetragen werden, verhütet. Bleizinn, Bleiantimon, Bleizinnantimon und andere Lagerweißmetalle,
elektrisch auf die Aluminiumschicht in einer 0,0254 mm nicht überschreitenden Dicke
aufgetragen, haben ein ausgezeichnetes Lager ergeben, das auch unter den extremsten
Bedingungen befriedigend arbeitet. Versuche mit einem solchen Lager bei außerordentlich
schwerer Belastung haben gezeigt, daß, wenn außerordentlich hohe Temperaturen hinzutreten
oder große Fremdkörper vorhanden sind, die Weißmetallschicht in einigen Fällen angefressen
wurde oder auch unter hoher Arbeitsleistung die Neigung zum Wandern von einem Lagerteil
in den anderen zeigte, was im äußersten Falle bestimmte Teile der Lagerfläche der
Weißmetallschicht beraubte und diese Fläche zum Fressen oder Verschleißen brachte.
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Um die Neigung des Lagerweißmetalls zum Wandern zu verhindern, hat
sich als zweckmäßig erwiesen, die Lagerfläche durch Nuten, die quer zur Drehrichtung
verlaufen, aufzurauhen, bevor das Lagerweißmetall elektrolytisch o. dgl. aufgetragen
wird. Diese Nuten wirken als Dämme für das Weißmetall und verhüten dessen Wandern
in jedem gewünschten Umfange, und sie wirken gleichzeitig als Vorratsräume für das
weiche Lagermetall, was die Lagereigenschaften des Lagers ganz allgemein unterstützt.
Tatsächlich hat sich gezeigt, daß, wenn das Weißmetall praktisch an den hohen, zwischen
den Nuten liegenden Stellen der Lagerfläche abgenutzt ist, sich noch Querstreifen
dieses Metalls an den Stellen der Nuten finden, aus denen Weißmetall fortgesetzt
über die Dämme oder hohen Stellen gedrängt wird, so daß sich ein äußerst brauchbares
Lager ergibt.
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In Fig. i der Zeichnung ist ein typisches Motorlager von halbzylindrischer
Form mit 2o bezeichnet, 22 ist die Nutung der Lagerfläche. In Fig. 2 sind diese
Nutung vergrößert und ein lineares Stück eines Verbundlagers dargestellt, dessen
Stützschale 24 aus Stahl besteht und eine Schicht 26 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung
besitzt, die mit ihr verbunden ist. Die Oberfläche dieser Schicht ist genutet, 22,
und danach mit einer dünnen elektrolytisch aufgetragenen Weißmetallschicht 28 überdeckt.
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Fig. 3 zeigt einen noch mehr vergrößerten Schnitt durch einen Lagerteil,
der die Aufrauhung der Aluminiumschicht 26 deutlicher macht; man sieht, wie die
Nuten durch hohe Punkte oder Dämme 30 voneinander getrennt sind.
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Infolge des hierunter beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung dieser
Nuten ist der Abstand zwischen ihnen nicht in jedem Falle gleich, tatsächlich ist
das auch nicht notwendig. Auch in ihrer Tiefe weichen sie innerhalb der hierunter
angegebenen Grenzen ab. Auf diese in Fig. 3 dargestellte, genutete Fläche 22 wird
eine Weißmetallschicht 28 gebracht, die eine gewellte Oberfläche besitzt, entsprechend
der genuteten Oberfläche des Aluminiums.
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Fig. 4 zeigt den gleichen Lagerteil nach dem Einlaufen des Lagers.
In diesem Zustande ist die gewellte Fläche der Weißmetallschicht geglättet infolge
einer geringen bleibenden Deformation des Oberflächenmetalls in eine gleichförmige,
glatte Oberfläche. Dieses Glättverfahren erleichtert die sofortige Ausbreitung des
inneren Ölfilms. Die gestrichelte Linie 32 zeigt die Linie der Tragfläche der Weißmetallagerfläche
nach der Inbenutzungnahme an, und in diesem Falle werden da, wo das Weißmetall abgenutzt
ist, die Tragpunkte der Aluminiumlagerschicht, die mit 3o bezeichnet sind, die Belastung
aufnehmen. Trotzdem werden zu keiner Zeit diese Dämme ganz von Weißmetall entblößt
sein, weil zusätzlich Weißmetall
dauernd aus den genuteten Abschnitten
hinausgedrängt wird.
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Lager dieser Art haben nach vorliegenden Versuchsergebnissen bemerkenswerte
Resultate ergeben, wobei sich eine größere Lebensdauer gegenüber Lagern der üblichen
Verbundarten, bei denen das gleiche Material angewendet wurde, gezeigt hat. Dieser
Erfolg dieser Lager ist eine Folge ihrer Querfurchung und der kritischen Beschränkung
der verschiedenen angewendeten Lagerschichten.
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Bei der Herstellung der Lager werden die genuteten Flächen durch Benutzung
eines aufgerauhten Räumers erzeugt. Ein halbzylindrisches Lager wird fest eingespannt,
und die Lagerfläche wird mit dem Räumer auf eine gewünschte Wandstärke gebracht.
Die geräumte Fläche wurde bisher immer poliert, um jede Rauheit zu beseitigen. Es
ist festgestellt worden, daß mittels vorherbestimmter Rauheit des Räumers eine genutete
Fläche des Lagers erzeugt wird und für diese Zwecke die Aufrauhung des Räumers leicht
geregelt werden kann durch die Anwendung von Schleifscheiben unterschiedlicher Rauheitsgrade.
Die mit einem derart aufgerauhten Räumer bearbeitete Lagerfläche ergibt Nuten in
dieser, die eine Tiefe von 0,005 mm bis 0,0254 mm besitzen, mit Dämmen dazwischen
von einer Breite zwischen o mm bis zu 0,254 mm. Hieraus ergibt sich, daß die Nuten
außerordentlich klein sind, obgleich sie üblicherweise mit bloßem Auge erkennbar
sind.
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Die Dicke der elektrolytisch aufgebrachten Schicht des Lagerweißmetalls
soll weder unterhalb eines hauchdünnen Filmes oder Anlaufes noch über etwa 0,0254
mm Dicke liegen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß innerhalb dieser Beschränkung die
Lager unter allen Verhältnissen gut arbeiten.
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Die elektrolytische Auftragung von Lagerweißmetall ist allgemein unter
der Bezeichnung Koplattieren bekannt und erfolgreich angewendet bei der Herstellung
unterschiedlicher Bleilegierungen wie Bleizinn, Bleiantimon usw. zusammen mit geringen
Mengen anderer Legierungsingredientien. Die gemeinsame elektrolytische Auftragung
solcher Metalle bildet keinen Bestandteil der Erfindung und ist in der Fachwelt
wohlbekannt.
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Während die vorstehende Erläuterung sich auf Weißmetallagerschichten
auf Aluminium oder Aluminiumlegierungsmetall richtet, kann natürlich der gleiche
Vorteil, nämlich die Aufrauhung von Lagerflächen quer zur Drehrichtung des Lagers,
auch mit Erfolg bei anderen Lagerarten erzielt werden, bei denen Lagerbronzen, Bleibronzen,
Silber, Kupferblei, sauerstofffreies Kupfer oder irgendein anderes Lagermetall als
Grundlage benutzt wird. In all diesen Fällen und im Fall der Anwendung von Aluminium
oder Aluminiumlegierungen kann die Hauptlagerschicht getragen oder verbunden sein
von bzw. mit einem härteren Metall, wie z. B. Stahl o. dgl., und auch die Verfahren
zum Verbinden solcher Metalle bilden keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung,
da zahllose zweckdienliche Verfahren dieser Art bekannt sind.
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In allen Fällen versteht es sich von selbst, daß die aufgerauhte Lagerfläche
mit der elektrolytisch aufgetragenen Schicht darauf mit gleichem Erfolge bei Lagern
aus einem geeigneten Lagermetall allein oder in Verbindung mit einer aus Stahl oder
anderem harten Metall bestehenden Stützschale angewendet werden kann.
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Die Tragweite dieser Erfindung erstreckt sich auch auf Verfahren,
bei denen das Lagerweißmetall mit anderen Mitteln als elektrolytisch aufgetragen
wird. Z. B. kann das Lager auch in eine geschmolzene Lagerlegierung eingetaucht
und die Dicke der Schicht durch Zentrifugieren des Lagers in bekannter Weise geregelt
werden usw.