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Gleitlager für hochbelastete Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf Gleitlager, die in hochbelasteten Maschinen besonders hohen Ansprüchen
ausgesetzt sind.
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Die heute üblichen Gleitlager für hochbelastete Brennkraftmaschinen
sind aus Stahlfutter, die mit Weißmetall, Bronzen und Bleibronzen ausgekleidet sind.
Für niedrig belastete Lager sind auch solche aus Leichtmetall und Gußeisen bekannt.
Lager mit Weißmetallausfütterung entsprechen schon heute kaum noch, zum Teil gar
nicht, den Anforderungen, die an Lager in hochbelasteten Brennkraftmaschinen gestellt
werden. Diese Lager sind durchweg verdrängt durch Bleibronzelager. Aber auch diese
führen in bereits vorhandenen Typen hochbelasteter Brennkraftmaschinen durch Ausbröckeln
zu ernsten Beanstandungen. Der Grund hierfür liegt fast ausschließlich in einer
mangelnden Bindung der Bleibrunze mit dem Futterwerkstoff. Die Bleibronze hebt sich
während des Betriebes an den schadhaften Stellen je nach der Lastverteilung im Lager
früher oder später von dem Futter ab, bricht und bröckelt aus, führt zu Druckabfall
des Öls und somit zu ernsten Störungen.
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Durch die Erfindung wird der Mangel des Ausbröckelns zeitlich weit
hinausgeschoben oder beseitigt, und in einer bevorzugten Ausführung wird ein Lager
geschaffen, das selbst in hochbelasteten und schnell laufenden Maschinen sehr lange
Betriebsdauer aufweist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Laufbüchse aus mehreren
nebeneinanderliegenden Ringen besteht, die mosaikartig in Segmenba unterteilt sind
und durch geeignete Gestaltung des die Lagerbüchse einschließenden Lagergehäuses
gehalten
werden, und zwar in axialer Richtung z. B. durch beiderseits
angeordnete Führungsbunde und gegebenenfalls in radialer Richtung z. B. durch eine
in eine an der Außenfläche jedes Mosaikkörpers einer Längsreihe eingearbeitete Nut
greifende, sich über die ganze Lagerbüchsenlänge erstreckende Rippe.
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Es sind bereits Lager bekanntgeworden, bei denen die Laufbüchse in
mehrere Einzelstücke unterteilt wurde. Diese Lager zeigten aber keine in sich geschlossene
Lagerfläche, vielmehr waren sie so aufgebaut, daß das Öl, von einer Seite her eingeführt,
in Längskanälen oder -räumen durch das Lager floß. Die für hochbelastete Lager schnell
laufender Maschinen gestellte Forderung der Ölkeilbildung und -erhaltung konnte
bei diesen Lagern nicht erfüllt sein. Außerdem hatten diese Lagerkonstruktionen
größeren Raumbedarf, was gerade für Brenakraftmaschinenlager unerwünscht ist; denn
es ergeben sich hierdurch nicht nur größere Gewichte der Maschine, sondern es ist
auch eine Vergrößerung der wirksamen Massenkräfte damit verbunden; eine Lagervergrößerung
bedingt auch ungünstige, d. h. größere benachbarte Maschinenteile, z. B. ein größeres
Kurbelgehäuse oder einen größeren Pleuelstangenkopf.
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Für hochbelastete und schnell laufende Motoren verwendete man bisher
durchweg solche Lagermetalle, die so weich sind, daß die erforderliche Festigkeit
möglichst gewahrt bleibt.
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Wenn auch grundsätzlich jeder Lagerwerkstoff für den Aufbau eines
erfindungsgemäß gestalteten Lagers geeignet ist, so bietet doch ein Sondergußeisen
durch seine Dauerschlagfestigkeit, verbunden mit großer Verschleißfestigkeit bei
guten Gleiteigenschaften, besonders lange Lebensdauer. Dieses Gußeisen ist dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einem Eisen ohne oder mit Zusatz von geeigneten Metallren
als Legierungsbestandteilen mit den üblichen Gehalten an Silizium, Mangan, Schwefel
und einem Kohlenstoffgehalt von über 3,4% sowie einem Phosphorgehalt von über o,6%
besteht und so vergossen ist, daß das Bruchgefüge grau und die Grundmasse bei feinen
und feinverteilten Graphitausscheidungen perlitisch-sorbitisch ist.
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Dieses Gußeisen ist ein harter Werkstoff, der mit dem harten Werkstoff
des Lagerzapfens zusammen läuft. Bei Verwendung dieser Lager tritt nur geringe,
Abnutzung auf, weil durch den Phosphorzusatz im Lagerwerkstoff und durch die Härte
der . Lagerzapfen den den Verschleiß hervorrufenden schmirgelnden, von dem Öl mitgeführten
Abriebteilchen keine Möglichkeit eines sich stark auswirkenden Angriffs gegeben
wird. Das Phosphideutektikum des Werkstofffes bindet das Öl so, daß sich ein guter
Ölfilm bildet. Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß die Dauerschlagfestigkeit
des Lagerwerkstoffes so hoch ist, daß sie den Werten von Stahlguß gleichkommt, wenn
nicht überlegen ist, wonach ein Bruch mit folgendem Werkstoffbröckeln ausgeschlossen
ist.
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Der Einwand, daß zwei harte Werkstoffe, die aufeinander laufen, bei
Ölmangel schweißen, ist für den Gegenstand .der Erfindung nicht zutreffend, da durch
das Phosphideutektikum des Lagerwerkstoffes ein Netzwerk vorhanden ist, das in Verbindung
mit dem freien Kohlenstoff dieses Werkstoffes so viel Öl bindet, daß eine gute Notlaufeigenschaft
des Lagers gewährleistet ist. Eine Steigerung der Einlaufeigenschaften der Lager
kann durch einen Überzug von Zinn, verhärteten Kunstharzen oder ähnlich wirkenden
Stoffen an den Laufflächen erzielt werden.
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Die Aufteilung des Lagers in mosaikartige, vorzugsweise rechteckige
Einzelteile bietet eine gute Anpassung an den Lagerzapfen, auch bei sich im Betrieb
formveränderndem Zapfen, und somit ein sattes Tragen der Lager.
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Es leuchtet ein, daß ein Lager nach der Erfindung durch die Unterteilung
in kleine Einheiten den erstrebten Zweck, nämlich ein möglichst stoßfester Lager
zu schaffen, voll erreichen läßt, vor allem, wenn diese Teile aus einem Werkstoff
hergestellt sind, der eine große Dauerschlagfestigkeit besitzt. Die Formgebung der
Lagerbüchse kann beliebig sein; es steht dem nichts entgegen, daß man z. B. das
Lager ballig herstellt und die Randzonen in der bei den üblichen Lagerbüchsen bekannten
Weise abrundet, und daß man Kanäle für den Ölumlauf oder auch Schmiernuten vorsieht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an ,einem Pleuelzapfen>ger gezeigt.
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Abb. i ist ein, Querschnitt und Abb. 2 ein Längsschnitt durch ein
solches Lager. Im Kopf der Pleuelstange i ist die Lagerschale angeordnet. Sie besteht
aus einer Büchse, die mehrfach unterteilt ist, so daß Mosaikkörper 2, 3, 4, 5 entstehen.
Diese eine geschlossene Büchse bildenden Körper werden in Drehrichtung durch eine
sich über die gesamte Lagcrbüchsenlänge erstneckende Rippe 6 gehalten, die in entsprechende
Nuten zweier Längsreihen der Mosaikkörper greift. In axialer Richtung werden die
Körper beidseitig durch die Führungsbunde 8 und 9 des Pleuelstangenkopfesgehalten.
In Abb. i ist, bedingt durch den Schnitt, nur der geschlossene Kreis mit den Mosaikkörpern
3 zu sehen.
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Wie schon in der Zeichnung durch die verschiedene Zahl der Mosaikkörper
der oberen und unteren Lagerschale angedeutet, können die Zahl und die Aufteilung
der Körper verschieden gewählt werden. Um diese Lager für besonders elastisch arbeitende
Kurbelwellen und Pleuelköpfe verwendbar zu machen, können beispielsweise diese Unterteilungen
an den Lagerrändern in größerer Zahl vorgenommen werden. Im Ausführungsbeispiel
ist eine zylindrische Lagerbüchse gewählt, selbstverständlich ist bei Anwendung
der Erfindung auch jeder andere Lagerbüchsenquerschnitt ausführbar, z. B. eine ballige
Form, oder es können Abrundungen an den Kanten vorgesehen werden.