DE826362C

DE826362C - Lager und Verfahren zur Herstellung von Lagern

Info

Publication number: DE826362C
Application number: DEG3836A
Authority: DE
Inventors: John D Howe
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1942-04-23
Filing date: 1950-09-26
Publication date: 1952-01-03
Also published as: US2386951A; GB562809A

Description

Lager und Verfahren. zur Herstellung von Lagern DieErfindung betrifftLager, insbesondlere solche, die bei hohen Geschwindigkeiten schweren Belastungen ausgesetzt werden, z. B. in Flugzeugmotoren und Dieselmaschinen.
Kupfer, insbesondere sauerstofffreies Kupfer, ist ein verhältnismäßig gutes Lagermetall, jedoch hat es den Nachteil, daß es bei Verarbeitung zu Lagern nach den üblichen Verfahren ziemlich hart ist, so daß Sandkörnchen, die durch das Schmieröl zwischen Welle und Lager eingeschleppt werden, nicht darin eingebettet werden können, was wiederum leicht ein Zerkratzen der Welle zur Folge haben kann. Darüber hinaus sind, in Hinsicht auf die Härte, die Reibungseigenschaften des Metalls nicht so gut wie es zu wünschen wäre, so daß sich unter harten :1@1>eitsl>edingungen die Welle leicht im Lager festfressen kann. Die Grundlage der Erfindung, deren Umfang in den anliegenden Ansprüchen festgelegt wird, liegt darin, daß Kupferlager bedeutend verbessert werden können, wenn man die Lager einer Hitzebehandlung bei genügend hohen Temperaturen und von ausreichender Zeitdauer aussetzt, um das Metall weicher zu machen und dadurch sowohl die Einbettfähigkeit als auch die Reibungseigenschaften bedeutend verbessert.
Eine wesentliche Verbesserung wird schon erreicht, wenn man das Lager eine relativ kurze Zeitspanne, z. B. i Stunde lang, Temperaturen von etwa 315 ° C aussetzt. Größere Weichheit und damit weitergehende Verbesserung kann durch Anwendung höherer Temperaturen erreicht werden, wie das nachfolgend erläutert wird:. Man wird verstehen, daß die Zeitdauer der Behandlung ebenfalls beträchtlichen Anderungen unterworfen werden kann: Eine längere Hitzebehandlung bei einer bestimmten Temperatur wird im wesentlichen genau so gute Resultate zeitigen wie eine kürzere Hitzebehandlung bei einer entsprechend höheren Temperatur.
Die Hitzebehandlung'kann in den Herstellungsprozeß von Kupferlagern, bei denen das Kupferlagermetall direkt mit einer Stahllagerschale verbunden ist, eingeflochten werden.
Weitere Einzelheiten, wie die Erfindung in Anwendung gebracht werden kann, werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Kupferlagers, auf das sieh die Erfindung bezieht; Fig. 2 ist ein Schnitt in vergrößertem Maßstabe durch das Lager; Fig. 3 und 4 stellen. eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Lagers dar.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lager besteht aus einer Stahllagerschale 1o, mit der eine Schicht 12 aus Kupfer verbunden ist. Das vorzugsweise sauerstofffreie Kupfer kann mit dem Stahl verbunden werden, indem man. Kupfer in nicht oxydierender Atmosphäre auf eine Stahllagerschale aufgießt, oder in ähnlicher Weise durch Zusammenwalzen oder -pressen von übereinandergelegten Platten aus Kupfer und Stahl unter einer Schutzatmosphäre bei Temperaturen, die zur Gewährleistung einer Bindung ausreichen. Ein Einwand gegen das Gußverfahrern leitet sich aus der Tatsache her, d aß sich Eisen bei den Gußtemperaturen mit Kupfer legiert und dessen Reibungseigenschaften in ungünstigem Sinne beeinflußt. Ein weiterer Einwand gegen die genannten Verfahren liegt in der Tatsache, daß die Kornstruktur des Kupfers, insbesondere des gegossenen Kupfers, verhältnismäßig groß ist und die verbessernden Einflüsse der Hitzebehandlung bedeutend geringer sind, als wenn das Kupfer, wie nachfolgend beschrieben, plattiert wird.
Es ist vorteilhaft, das Kupfer auf die Stahlunterlage durch elektrolytische Abscheidung zu plattieren.
Bei gewöhnlicher Kupferplattierung ist es schwierig, Niederschläge in einer Stärke über 0,25 mm ohne Rauheit oder Verästelung in der Oberfläche fest aufzubringen. Daher benutzt man vorzugsweise, besonders wenn dickere Kupferniederschläge verlangt werden, ein Plattierungsbad, das als solches keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt und sich aus Kupfersulfat, Schwefelsäure und Knochenleim in im wesentlichen üblichen Verhältnissen zusammensetzt. Der geringe Leimzusatz dient zur Kontrolle der Korngröße. -Zu diesem Bad werden etwa 5 cm3/I eines Benetzungsmittels zugesetzt. Bei Gebrauch dieses Bades wird die Stahllagerschale nach sehr gründlicher Reinigung zuerst in einem gewöhnlichen Kupfercyamidba.d, mit Kupfer überzogen und dann im oben beschriebenen Bad auf die gewünschte Stärke plattiert, wobei Stromdichten bis zu 32 Amp./dm2 Anwendung finden. Das Plattieren wird in der verhältnismäßig großen Abscheidungsgeschwindigkeit von 7,5 X 1o-3 cm Niederschlagstärke/h durchgeführt. Die Stärke des Kupferniederschlages kann nach Wunsch Änderungen in den Grenzen von unter 5 X 1o-3 cm bis über 2,5 X 1o-1 cm unterworfen werden. Das so abgeschiedene Kupfer ist feinkörnig, glatt und ohne Verästelungen.
Es ist besser, die Lager vor der Hitzebehandlung auf die endgültige Form zu bearbeiten, da diese Bearbeitung eine gewisse Härtung des Metalls zur Folge hat. Jedoch kann das Lager nach Wunsch auch im `albfertigen Zustand der Hitzebehandlung unterworfen werden. Zu welchem Zeitpunkt .die Hitzebehandlung auch immer ausgeführt wird-, sie kennzeichnet die Lager, die fehlerhaft in Hinsicht auf schlechte Bindung sind, da sie ein Aufwerfen des Metalls zu Blasen über den schlecht gebundenen Stellen zur Folge hat. Wenn die Hitzebehandlung vor der endgültigen Bearbeitung ausgeführt wird, können alle vorhandenen fehlerhaften Lager ausgesondert «-erden, bevor die ganze Präzisionsbearbeitung an ihnen verschwendet worden ist.
Wenn sich die Lager im `albfertigen Zustand befinden, ist es nicht erforderlich, während der Hitzebehandlung eine nicht oxydierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, jedoch ist die Aufrechterhaltung einer solchen Atmosphäre wesentlich. wenn die Bearbeitung schon vollständig stattgefunden hat, da Kupferoxyd kein wünschenswertes Lagermaterial darstellt.
Die Lager können zur Hitzebehandlung so tiefen Temperaturen wie 315°C ausgesetzt werden, jedoch ist es zur Gewährleistung ausgerechneter Ergebnisse vorteilhaft, bei höheren Temperaturen zu arbeiten. Temperaturen bis in die Nähe des Schmelzpunktes von Kupfer (1083°C) können Anwendung finden. 98o° C ist so etwa die höchste Temperatur, bei der die Hitzebehandlung durchgeführt werden. kainn. ohne die Diffusion des Eisens in das Kupfer in unerwünschtem Grade zu steigern. Die Hitzebehandlung sollte sich annähernd über eine Stunde erstrecken.
Die Hitzebehandlung erhöht die Weichheit des Kupferlagermetalls bedeutend. Die Härte kann ohne weiteres bis in den Bereich von 20 bis 40 Rockweh 15 W herabgedrückt werden, was ein entsprechendes Anwachsen der Einbettfähigkeit und eine Verbesserung der Reibungseigenschaften zur Folge hat. Darüber hinaus verbessert die Hitzebehandlung die Bindung zwischen; Kupfer und Stahl bedeutend. Natürlicherweise nähert sich die Bindung 'bei Hitzebehandlungen mit Temperaturen in Nähe des Schmelzpunktes .der Schmelzbindung, wie sie beim Aufguß erhalten wird. Die Hitzebehandlung dient außerdem als Probe auf die Qualität der Bindung, wie das vorhin erklärt wurde.
Nach Wunsch !kann auf das hitzebehandelte Lager, vorzugsweise durch galvanische Abscheidung, eine dünne Schicht 14 eines sehr weichen Metalles, vorteilhafterweise ,Blei, angebracht werden, um die Reibungseigenschaften des Lagers weiter zu verbessern. Um datn korrodierenden Angriff sauer reagierender Schmieröle zu widerstehen, wird (las Blei vorzugsweise mit einem -Metall wie Zinn oller Indium (T5 in I#ig, r und 2) überzogen. Das kann durch galvanische Abscheidung eines dünnen Filmes aus Zinn oder Indium auf dem Blei erfolgen. :\nschließend wird (las Lager einer Hitzebehandlung bei einer verliältriistiiäßig tiefen Temperatur von 1,9,5' C ausgesetzt. um Diffusion der Metalle lrervorzrrr-trfern. l)ie Stärke der Bleischicht kann sich irn llereich von r.; X ro-3 bis 7,5 X 1o-:3 cm he-. wegern. lici schwer belasteten Lagern sind Stänkern in der Nähe der unteren Grenzen vorzuziehen. (la bei dickeren Meischichten die Neigung besteht, daß (las I llei aus dein Lager herausgequetscht wird. Die Stärken an Zinn oder Indium, die auf das Blei aufgelegt werden, können innerhalb der Grenzen von 2,5 X 1o-4 bis 7,5 X 1o-4 cm variiert werden, wobei die größeren Stärken bei dickeren Bleischichten erforderlich sind'. Innerhalb der Anmeldung bezieht sich kein Anspruch auf zinnimprägnierte, bleibezogene Kupferlager als solche.
Der Bleiüberzug bildet anfänglich die gesamte Lageroberfläche, aber während des Gebrauches wird er stellenweise abgenutzt, so daß die Lageroberfläche teilweise aus Kupfer besteht. Gewöhnlich dient das darunterliegende -Metall als zweite Lageroberfläche. Diese trägt .das Blei und versetzt es in den Stand, auch schweren Ladedrucken zu widerstehen und bildet darüber hinaus bei Abnutzung des Bleies eine verhältnismäßig gute Lagerfläche. Ob die Lageroberfläche vollständig aus Kupfer oder teilweise aus Kupfer und teilweise aus Blei oder aber vollständig aus Blei besteht, es ist immer wünschenswert, daß sie in ausreichender Tiefe ausreichend weich ist, um Sand- oder Schmutzteilchen einbetten ztr können. Während Blei die erforderliche Weichheit besitzt. ist der Überzug doch so dünn, daß er die größeren Teilchen nicht einbetten kann; daher das große Verlangen nach Steigerung der Weichheit des darunterliegenden Metalls durch Hitzebehandlung.
In der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist die Kupferlagermetallschic.ht mittels 'einer Zwischenschicht 18 mit dem Stahl verbunden. Die Stahllagerschale ist hier mit 16, die Kupferschicht mit 2o, die Bleischicht mit 22 und die Imprägnierungsauflage mit 24 bezeichnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Lagern mit Kupfer als Lagermetall, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager einer Hitzebehandlung ausgesetzt wird, um .das Lagermetall zum Zwecke verbesserter Einbettfähigkeit und besserer Reibungseigenschaften weich zu machen, wobei die Hitzebehandlung in einer nicht oxydierenden Atmosphäre ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 315° C ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von 98o C zur Anwendung gebracht wird. ¢.
Ein Lager, hergestellt nach den Verfahren gemäß Anspruch t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lagermetall Kupfer enthält, das einer Hitzebehandlung unterworfen worden ist, um die Weichheit zu erhöhen und damit die Reibungseigenschaften und die Ednbettfähigkeit zu verbessern.
5. Ein Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen feinkörnigen, galvanisch plattierten Überzug aus Kupfer als Lagerschicht auf einer Lagerschale enthält..
6. Ein Lager nach Anspruch 4 oder 5, &-durch gekennzeichnet, daß es einen dünneu Überzug aus Blei enthält, der mit einem korrosionsverhindernden Material wie Indium imprägniert ist.