DE844664C

DE844664C - Lager

Info

Publication number: DE844664C
Application number: DEC2809A
Authority: DE
Inventors: James B Mohler; Ralph A Schaefer
Original assignee: Cleveland Graphite Bronze Co
Current assignee: Cleveland Graphite Bronze Co
Priority date: 1946-03-11
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1952-07-24

Description

Lager Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lager mit einer Oberfläche eines Lagermetalls auf Bleibasis.
Hauptgegenstand der Erfindung ist, ein Verbundlager herzustellen mit einer Laufschicht aus einer Legierung, die eine hohe Ermüdungsfestigkeit besitzt und die gute Gleiteigenschaften hat für Verbrennungskraftmaschinen u. ä., bei denen das Lager relativ hohen Belastungen und Gleitgeschwindigkeiten ausgesetzt ist. Die Erfindung ist anwendbar in solchen Fällen, in denen eine dünne Schicht der Lagerauskleidung gewünscht wird, die eine weitere Oberflächenbearbeitung nach dem Aufbringen unnötig macht, aber auch in solchen Fällen, bei denen das Lagermetall in verhältnismäßig dicker Schicht aufgebracht und anschließend auf das erforderliche Maß bearbeitet wird. Es ist bekannt, daß Verbundlager, die aus einer Stützschale und einer dünnen Schicht einer Lagermetallegierung von ungefähr 0,025 bis 0,13 mm (o,oot bis o,005") Dicke bestehen, den Verbundlagern mit relativ dickeren Sc'hic'hten derselben Lagermetallegierung hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit überlegen sind. Es ist vorteilhafter, diese dünnen Schichten galvanisch aufzubringen, so daß keine nachträgliche maschinelle Bearbeitung ,mehr erforderlich ist, als die verschiedenen 1Ietalle durch andere bekannte Verfahren miteinander zu verbinden. Bisher wurden Blei-Zinn- und Blei-Indium-Legierun:gen in ausgedehntem Maße mit vielen Verbundlagern durch Elektroplattieren in der gewünschten Dicke aufgebracht, so daß keine nachfolgende Bearbeitung mehr erforderlich war. Obgleich derartige Lager in vielen Fällen sich gut bewährt haben, ist ihre Dauerfestigkeit bei Hochleistungsbeanspruchung'nicht genügend, so daß ihre Lebensdauer infolge der Entstehung von Ermüdungsrissen nur beschränkt ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun die Verwendung einer elektrolytisch aufgebrachten Schicht einer Legierung aus Blei, Zinn und einem dritten Metall aus Kupfer, Antimon oder Arsen auf einem Grundkörper entweder aus Stahl oder aus Stahl mit einer Schicht aus Kupfer, Kupfer-Blei, Silber oder ähnlichen Metallen oder deren Legierungen. Die weichen Legierungen auf Bleibasis sind gute Lagermetalle, weil diese Legierungen die Absorption von Fremdstoffen aus dem ölfilm begünstigen und sich gut an die Lagerzapfen anpassen. Die Fähigkeit der weichen Lagermetalle, Fremdkörper zu absorbieren, ist bekannt als Einbettungsvermögen. Die Legierung nach vorliegender Erfindung vereinigt in sich all die Vorteile der verschiedenen Legierungen auf Bleibasis zugleich mit erhöhter Ermüdungsfestigkeit.
Nachstehend wird die Erfindung noch näher erläutert. Die Zeichnung veranschaulicht zugleich an einzelnen Beispielen, wie sich die Erfindung verwirklichen läßt.
Fig. i ist eine perspektivische Ansicht eines Lagers nach der Erfindung; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i ; Fig. 3 ist ein Querschnitt einer anderen Form des Verbundlagers gemäß der Erfindung; in Fig.4 ist die Abhängigkeit der Ermüdung und Festigkeit von dem Kupfergehalt in Blei-Zinn-Kupfer-Legierungen graphisch dargestellt.
Nach der Fig. i besteht das Lager aus einem Stützkörper i aus Stahl und einer galvanischen Schicht 2 aus einer Legierung von Blei-Zinn mit Kupfer, Antimon oder Arsen. Die Fig. 3 zeigt ein Lager, das sich zusammensetzt aus einem Stützkörper 3 aus Stahl, einer Zwischenschicht 4 aus einer Kupferlegierung oder Silber und, einer Laufschicht 5 einer Legierung aus Blei, Zinn und einem dritten Metall aus Kupfer, Antimon oder Arsen. In Fig.4 ist eine typische ternäre Blei-Zinn-Kupfer-Legierung dargestellt, die die Wirkung von verschiedenen Kupfergehalten in Blei-Zinn-Legierungen mit etwa io% Zinn, Rest Blei zeigt, die unmittelbar auf Stahl aufgebracht sind. Die graphische Darstellung zeigt die Ergebnisse von Laufversuchen, bei denen die Lager mit 2,5 kg/mm2 (360o lbs/sq. in.) belastet und in regelmäßigen Abständen untersucht wurden. Die Versuche wurden so lange ausgedehnt, bis der Lagerwerkstoff sichtbare Ermüdungsrisse auf der Lauffläche zeigte. Die Versuchslager bestanden aus einem Stahlkörper, auf dem eine Schicht des Lagermetalls in o,i mm (0,004') Dicke aufgebracht war. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß die Dauerfestigkeit sehr stark mit wachsendem Kupfergehalt bis zu ungefähr 3% Kupfer ansteigt, wonach sie rasch abfällt. Die besten Ergebnisse wurden bei einem Kupfergehalt von 0,5 bis 6% festgestellt, bei der die Lagerlegierung die höchste Lebensdauer aufweist. Obgleich die bevorzugte Zusammensetzung einer Legierung für die Laufschicht des Lagers aus 6 bis 12% Zinn, o,5 bis 6% Kupfer und Rest Blei besteht, ist ein für die meisten Zwecke besonders geeigneter Werkstoff eine Legierung aus etwa 3'/o Kupfer, io % Zinn, Rest Blei. Mit diesem Werkstoff wurden bei den Versuchen die höchsten Ermüdungsj Festigkeitseigenschaften festgestellt.
Galvanische Schichten aus Blei-Zinn-Legierungen wurden bereits in vielen Fällen mit gutem Erfolg verwendet, jedoch weisen sie gewisse Nachteile auf; bei gewissen Hochleistungsbeanspruchungen ist ihre Ermüdungsfestigkeit zu gering. Laboratoriumsversuche zeigen, daß eine galvanische Schicht aus Blei, Zinn und Kupfer oder Antimon oder Arsen den einfachen Blei-Zinn- und Blei-1 ndium-Schichten überlegen ist.
Eine auf einer Kupfer-Blei-Zwischenschicht aufgebrachte Blei-Zinn-Kupfer-Legierung in einer Dicke von 0,025 mm (o,ooi") war einer Belastung von 2,5 kg/mm2 (360o lbs) bei :f200 Umdr./Min. während 300 Stunden gewachsen, dagegen versagte eine Blei-Indium-Schicht, die in einer Dicke von 0,025 mm (o,ooi") auf Silber aufgebracht war, nach ioo Stunden hei einer Belastung von nur 1,5 kg/mm2 (220o lbs) und 4200 Umdr./Min.
Bei obigen Versuchen wurden die Metalle als Legierung niedergeschlagen. Die Versuchsergebnisse zeigen eindeutig, daß die Blei-Zinn-Kupfer- oder Blei-Zinn-Antimon- oder Blei-Zinn-Arsen-Legierungen den Metallen überlegen sind, die bisher für Lagerzwecke allgemein verwendet wurden. Diese Legierungen können aber auch verwendet werden, wenn dickere Schichten erforderlich sind.

Die Stahlstützschale für das Lager wird für das Plattieren in der üblichen Weise vorbereitet und besteht im Entfetten, Ätzen usw. und Niederschlagen einer Silberzwischenschicht auf der Oberfläche, um das Haften mit dem Grundmetall zu verbessern. Eine typische Zusammensetzung eines Bades für einen Niederschlag aus einer Blei-Znn-Kupfcr-Legierung ist folgende:

Blei . . . . . . . . . . . . . . . . . ioo bis i io g/1

Borfluorwasserstofsäure 40 bis 50 g/1

Zinn . . . . . . . . . . . . . . . . 8 bis 12 g/1

Resorcinol . . . . . . . . . . i bis 5 g/1

Gelatine ... mindestens o,1 g/1

Kupfer . . . . . . . . . . . . . . 2 bis 3 g/1

Dieses Bad liefert eine elektrolytische Schicht von 8 bis 12% Zinn in Abhängigkeit von der Zusatzmenge, 2 bis 3% Kupfer, Rest Blei. Die Zusammensetzung des Niederschlages kann natürlich durch Veränderung der Badzusammensetzung geändert werden.

An Stelle von Kupfer können in diesem Bad auch Antimon oder Arsen verwendet werden. Der Niederschlag enthält alsdann entweder 2 bis 3% Antimon oder 2 bis 3% Arsen.

Claims

PATEN TA NS PR iICHE: i. Lager, bestehend aus einem Stützkörper und einer galvanischen Lagermetallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermetallscliiclit aus einer Legierung aus 6 his 12 % Zinn, o.,5 bis 6 % Kupfer, =@iitimon oder Arsen, Rest Hlei besteht.
2. Lager nach :\nsliruch i, dadurch gekennzeicliuet, claß die gal\-aiiisclie 1,agermetallschicht aus einer Legierung aus etwa io% Zinn, 3% Kupfer. lest Blei besteht.
3. Lager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Lagermetallschicht aus einer Legierung aus etwa io % Zinn, 3010 Antimon, Rest Blei besteht. d.. Lager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Lagermetallschicht aus einer Legierung aus etwa io% Zinn, 30/0 Arsen, Rest Blei -besteht.