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Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Werkzeugen Gegenstand
der Erfindung ist die Anwendung des im Patent 891324 gekennzeichneten Verfahrens
zurr Herstellen von mit Hartmetall bewehrten Werkzeugen zum Armieren von Laufflächen,
Lagerzapfen und Lagerschalen od. dgl.
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Es ist bekannt, daß die Laufeigenschaften von Lagern, insbesondere
hochbelasteter, schnell laufender Maschinenteile, durch Verwendung von Hartmetalllaufflächen
wesentlich verbessert werden können.
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Nach den üblichen Verfahren ist diese Armierung nur möglich, wenn
man entweder den Lagerzapfen oder die Lagerschale ganz aus Hartmetall macht oder
man im Auftropfschmelzverfahren eine Hartmetallschicht auf die Lauffläche aufbringt.
Beide Verfahren sind äußerst kostspielig und besitzen erhebliche technische Nachteile.
Beim ersten gelingt es nicht, die meist notwendige Zähigkeit des Laufzapfens zu
erreichen; beim zweiten wird der ganze Zapfen einer unerwünschten @#@'ärmebehandlung
unterworfen, so daß die Gewähr für die Einhaltung bestimmter Festigkeitseigenschaften
nur schwer zu erreichen ist. Es wäre natürlich auch möglich, durch Auflöten oder
Aufschweißen von einzelnen Hartmetallblättchen beispielsweise einen Zapfen zu armieren
und anschließend daran den Zapfen auf Maß zu schleifen. Man muß aber annehmen, daß
die Herstellungskosten solcher Werkstücke sich nur selten vertreten lassen.
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Nach dem Patent 891324 werden die Oberflächen von Körpern dadurch
mit Hartmetall versehen, daß Metallcarbide, Boride oder Nitride in feinverteilter
Form
in die Schmelze eines Grundmetalls eingebracht werden, worin sie, je nachdem ob
sie spezifisch schwerer oder leichter sind, niedersinken oder aufsteigen und sich
so an einer Oberfläche anreichern. Dabei wird jedes einzelne Korn des Hartmetalls
von einer Schicht von Grundmetall umgeben, die, wenn im besonderen ein zähes Grundmetall
gewählt wird, ein Herausbrechen oder Abplatzen der Hartmetallkörner verhindert.
Durch Erkaltenlassen der Schmelze wird dann diese Verteilung festgehalten. Je nachdem,
wie das Verfahren durchgeführt wird, ist es möglich, einen bestimmten Prozentsatz
des Hartmetalls an der Oberfläche anzureichern. Da die Konzentration des Hartmetalls
entgegen der Richtung, in der es sich in der Schmelze bewegt, schnell abnimmt, kann
man erreichen, daß auf der entgegengesetzten, der mit Hartmetall angereicherten
Oberfläche nur reines Grundmetall vorhanden ist.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel der angezogenen Patentschrift
ist ausgeführt, daß die Herstellung insbesondere von Schleifscheiben vorzugsweise
so erfolgt, daß die Schmelze in geeigneten Formen, nachdem das Hartmetall entsprechender
Körnung eingebracht wurde, um die Drehachse der Form geschleudert wird (Schleudergießverfahren),
wodurch die Sedimentation des Hartmetalls beschleunigt wird. Diese Verfahrensabwandlung
ist nun für die Zwecke der Armierung der Laufflächen von Lagerzapfen und Lagerschalen
u. ä. besonders zweckmäßig.
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Soll ein Lagerzapfen mit Hartmetall armiert werden, so wird erfindungsgemäß
eine Buchse beispielsweise aus Stahl, nach dem Verfahren des Patents 891 324 beispielsweise
mit Wolframcarbid hergestellt. Dazu wird beispielsweise im elektrischen Ofen eine
Stahlschmelze gewünschter Zusammensetzung erschmolzen und in diese unter kräftigem
Rühren und/oder Rütteln die notwendige Menge entsprechend gekörntes Wolframcarbid
eingebracht. Soll beispielsweise die Oberflache 6o bis 8o oio (Gewichtsprozent)
Wolframcarbid besitzen und die Dicke der Schicht 2 mm sein, so wird entsprechend
der Länge und des Durchmessers der herzustellenden Lagerbuchse die leicht ausrechenbare
Menge des Wolframcarbids eingebracht. Dabei muß natürlich berücksichtigt werden,
daß in der Schmelze ein Teil des Wolframcarbids aufgelöst wird bzw. sich mit den
Elementen der Schmelze umsetzt. Wie die Erfahrung jedoch zeigt, tritt eine solche
Minderung nur in sehr bescheidenem Umfang auf, was bei der für Wolframcarbid relativ
niedrigen Temperatur der Schmelze verständlich ist. Die zum Schleudern notwendige
Form ähnelt den bekannten Formen zum Herstellen von Rohren durch Schleudergießen.
Die Form besteht aus einem Rohr, das innen mit hitzebeständigem Material ausgekleidet
ist. Das Rohr liegt beispielsweise in zwei Lagerböcken und wird um seine Längsachse
schnell gedreht. Die Form wird zweckmäßig innen vorgeheizt, damit die Schmelze in
ihr nicht zu schnell erstarrt und die Hartmetallkörner die Möglichkeit haben, zufolge
der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte sich an der äußeren Oberfläche anzureichern.
Die in schnelle Drehungen versetzte Form wird nun mit der notwendigen Menge der
Schmelze gefüllt, wobei sie sich an die Wand der Form legt und ein Rohr bildet.
Nach dem Erkalten wird das Rohr aus der Form gezogen, innen auf genaues Maß gebohrt
oder gedreht und auf den Laufzapfen beispielsweise heiß aufgezogen. Dann wird der
mit der Laufbuchse versehene Laufzapfen zweckmäßig mit der Welle auf genaues Maß
geschliffen. Statt heiß aufzuschrumpfen, kann man natürlich die Buchse und den Zapfen
mit Gewinde versehen; die Buchse ist dann nur mit den bekannten Mitteln gegen unerwünschtes
Verdrehen zu sichern.
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Selbstverständlich wird man zweckmäßigerweise bei der Herstellung
größerer Serien von Buchsen gleichen Maßes ein längeres Rohr durch Schleudergießen
herstellen und dieses auf entsprechende Buchsenlängen durch Sägen oder Drehen zerteilen.
Nach dieser Methode ist es insbesondere auch möglich, Laufringe für Kugel-, Rollen-
oder Nadellager herzustellen, wobei man die äußere Form dieser Laufbuchsen, bei
Kugellager die leichte ballige Wölbung, bei Nadel- oder Rollenlager die konische
Form, durch geeignete Formen der" Schleuderform zumindest annähernd gleich im Gießverfahren
vorbilden kann.
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Statt Wolframcarbid allein können natürlich auch andere Hartmetalle
verwendet werden, wobei zu beachten ist, daß durch das Schleudern in gewissem Maße
eine Trennung der Teilchen nach ihrem spezifischen Gewicht und aber auch nach ihrer
äußeren Form erfolgt. Hält man aber die Schmelze in der Form genügend lang flüssig,
so gelangen praktisch alle spezifisch schwereren Körner als die Schmelze an die
Oberfläche. Der große technische Vorteil dieser Lager besteht darin, daß der eigentliche,
die Laufbuchse aufnehmende Lagerzapfen aus beliebigem, beispielsweise zähem Material
hergestellt werden kann, daß dieser keiner unerwünschten Wärmebehandlung unterworfen
wird und daß schließlich beim Unbrauchbarwerden der Lagerbuchse, sei es durch Abnutzung
oder Springen, diese schnell und billig ersetzt werden kann. Die Herstellung der
Buchsen ist sehr preiswert, weil viel weniger Hartmetall verbraucht wird als bei
den bekannten Verfahren und die Fabrikationskosten auch recht niedrig liegen.
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Will man nun beispielsweise eine Lagerschale mit Hartmetall armieren,
so kann man ganz ähnlich verfahren. So z. B. muß man das Grundmetall zum Hartmetall
so wählen, daß es spezifisch schwerer ist, beispielsweise indem man in eine Schmelze
einer schweren Kupferlegierung Borcarbid oder Titancarbid einbringt. Beim Eingießen
dieser Schmelze in die Schleuderform werden die Hartmetalle, weil sie spezifisch
leichter sind, sich an der inneren Oberfläche der Buchse anreichern, während die
schwere Schmelze an der äußeren Oberfläche bei genügend langem Schleudern rein vorliegt.
Eine derartig erkaltete Buchse wird dann innen und außen genau auf Maß gedreht und
geschliffen und dann gegebenenfalls, wenn es sich um getrennte Lagerschalen handelt,
auseinandergesägt. Die enge Verbindung zwischen dem Hartmetall und dem Grundmetall
verursacht eine vorzügliche Wärmeableitung, die der Schmierung des Lagers und daher
der Laufeigenschaft und Lebensdauer des Lagers zugute kommt.
Durch
Anwendung sehr grober Hartmetallkörner von einem Korndurchmesser von z mm und mehr
und einem Grundmetall, das wesentlich schwerer ist als das Hartmetall, kann man
auch zu einer porösen, aber trotzdem tragenden Lauffläche der Lagerschale gelangen,
die man für selbstschmierende Lager nach den bekannten Methoden mit Öl, Fett u.
dgl. sättigt.
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Eine Abänderung des Verfahrens zur Armierung von Lagerschalen besteht
darin, daß vorerst eine Buchse hergestellt wird, wobei das Hartmetall wie bei der
Herstellung der Laufbuchse spezifisch schwerer ist, so daß es sich an der äußeren
Oberfläche der Buchse anreichert und diese im heißen, aber nicht mehr flüssigen
Zustand in einer besonderen Form mit beispielsweise dem gleichen Grundmaterial umgossen
wird. Dazu wird die hocherhitzte Buchse als Kern in eine röhrenförmige Form größeren
Durchmessers gestellt und in ihr mit dem Grundmetall umgossen. Es bildet sich so
eine mechanisch feste Verbindung zwischen der Hartmetallschicht und auch der äußeren
Grundmetallschicht. Nach Erkalten wird dieses Werkstück innen bis auf die Hartmetallschicht
ausgebohrt bzw. gedreht und geschliffen und nach etwaigem Abdrehen der äußeren Oberfläche
auf Maß die Lagerschale durch Sägen geteilt. Man kann so erreichen, daß der Laufzapfen
und die Lagerschale mit der gleichen Art Hartmetall armiert werden und das Grundmetall,
was weniger wichtig ist, ebenfalls gleich ist. Da man ohne weiteres erreichen kann,
daß das Hartmetall sich sehr gleichmäßig über die Oberfläche verteilt, daß also
die Dicke der Hartmetallschicht sehr gleichmäßig ausfällt, kann man beim abgeänderten
Lagerschalenguß, wie eben beschrieben, die armierte Schicht recht dünn wählen und
so an Hartmetall sparen. Wie schon erwähnt, ist durch die innige Verbindung zwischen
Grundmetall und Hartmetall die Wärmeableitung besonders groß. Durch diese Verfahrensabänderung
ist es auch möglich, für die Lagerschalen als Grundmetall ein spezifisch sehr leichtes
Metall oder Metallegierung zu wählen, obwohl das verwendete Hartmetall wesentlich
schwerer ist (beispielsweise Al-Si-Legierung als Grundmetall und Wolframcarbid als
Hartmetall). Durch entsprechende Formgebung der ersten Form, also Buchse, kann man
wieder erreichen, daß die Hartmetallschicht ballig, konisch oder beliebig geformt
ist, so daß es beispielsweise gelingt, die äußeren Laufringe von Kugellager nach
diesem Verfahren herzustellen. Praktischerweise geht man dabei so vor, wie bei der
Herstellung von Laufbuchsen; man gießt in einem Stück eine große Zahl der gewünschten
Lager und teilt diese nach dem Erkalten durch Zersägen. Zum Herstellen von Kugellageraußenringen
verwendet man beispielsweise eine Grundform, in der beispielsweise 2o Laufrillen
vorgearbeitet sind. Die Form wird als geteilte Form ausgeführt. Nach Herstellen
der Buchse wird diese in eine weitere Rohrform als Kern heiß eingesetzt und im steigenden
Guß umgossen. Nach dem Erkalten wird das Werkstück in 2o Teile zersägt und jeder
Ring innen und außen auf das richtige Maß bearbeitet. Derartige Kugel-, Rollen-
oder Nadellager eignen sich insbesondere für besonders kurze, leichte, aber hochbelastete
und schnell laufende Lager, beispielsweise für Flugzeugmotoren, Kraftfahrzeugmotoren
und ähnliches.
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Nach dem gleichen Verfahren lassen sich auch Zylinderbuchsen und Kolben
für Verbrennungskraftmaschinen herstellen, deren Abnutzung durch die Hartmetallarmierung
stark reduziert werden kann.