DE825779C - Metallischer Verbundkoerper, insbesondere Verbundlager und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Metallischer Verbundkörper, der in Reibungsberührung mit einer anderen Fläche steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundmetall mit guten Reibungseigenschaften für den gewünschten Gebrauch, das aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, Lagerbronze, Bleibronze, Silber, Kupferblei oder sauerstofffreiem Kupfer besteht, quer zu seiner Bewegungsrichtung durch Nuten aufgerauht ist, die eine durchschnittliche Tiefe von nicht weniger als 0,005 mm (0,0002") und nicht mehr als 0,0254 mm (o,ooz") und radiale Abstände voneinander nicht größer als 0,254 mm (0,01o") besitzen und auf die aufgerauhte Fläche eine Schicht weicheren Reibungsmetalls aufgetragen ist, die mit ihr verbunden ist und sie bedeckt in einer Dicke, die 0,0254 mm (o,ooz") nicht übersteigt, und daß diese Schicht aus Metallen derjenigen Klasse besteht, die Blei, Zinn, Antimon oder Legierungen daraus enthalten.
2. 2. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht.
3. 3. Lager für hohe Beanspruchungen, gekennzeichnet durch eine Grundschicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit einer aufgerauhten Fläche aus kleinen Nuten, die quer zur Arbeitsbewegungsrichtung des Lagers verlaufen und die eine Tiefe zwischen o,oo5 mm (0,0002") und 0,025 mm (o,ooz") radial zum Lager besitzen und eine weiche Lagerschicht, die die aufgerauhte Fläche bedeckt und aus einer elektrolytisch koplattierten Schicht aus Blei, Zinn, Antimon oder Legierungen hieraus besteht und deren Dicke 0,025 mm (o,ooz") nicht überschreitet.
4. 4. Verbundlager, gekennzeichnet durch eine Stahlstützschale mit einer dauernd mit ihr verbundenen Schicht aus Lagermetall mit überwiegendem Aluminiumanteil, deren Oberfläche durch eine Vielzahl kleiner quer zur Lagerdrehrichtung verlaufender Nuten aufgerauht ist, von einer Tiefe nicht weniger als o,öo5 mm (0,0002") und nicht mehr als 0,o25 mm (o,ooz") und mit Dämmen zwischen den Nuten, deren Breite zwischen o,ooo mm und 0,254 mm (0,010") wechselt und durch eine sehr dünne Schicht weichen Lagermetalls, die auf genannte Lagerschicht koplattiert aufgetragen ist in einer Dicke, die 0,025 mm (0,001") nicht überschreitet, und die eine gewellte Oberfläche von der gewünschten Anpassungsfähigkeit und Einlauffähigkeit bildet, und die von der aufgerauhten Fläche des anderen Lagermetalls getragen wird.
5. 5. Verfahren zur Herstellung hoch beanspruchter Lager, gekennzeichnet dadurch, daß das Lager, an dem mindestens die Lagerfläche aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht, mit einem Räumer bearbeitet wird, dessen Arbeitsfläche aufgerauht ist, der in der Lagerfläche quer verlaufende Nuten erzeugt von einer Größe von höchstens 0,025 mm (o,ooi") Tiefe und einem Radialabstande nicht über 0,254 mm, wonach eine weiche Lagerlegierung auf die aufgerauhte Fläche koplattiert aufgetragen wird.
6. 6. Lager für hohe Beanspruchungen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Grundschicht aus Lagerbronze, Bleibronze, Silber, Kupferblei oder sauerstofffreiem Kupfer, mit durch Nuten aufgerauhter Lagerfläche.
7. 7. Verbundlager nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Stahlstützschale mit einer dauernd mit ihr verbundenen Schicht aus Lagermetall, wie Lagerbronze, Bleibronze, Silber, Kupferblei oder sauerstofffreiem Kupfer, deren Oberfläche durch eine Vielzahl kleiner, quer zur Lagerfläche verlaufender, dicht aneinanderliegender Nuten aufgerauht ist. B. Lager für hohe Beanspruchungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine in ihrer Lagerfläche durch kleine Nuten aufgerauhte Grundschicht aus Kupferblei besteht. g. Verbundlager nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Stahlstützschale mit einer dauernd mit ihr verbundenen, auf ihrer Lagerfläche durch kleine Nuten aufgerauhten Schicht eines Lagermetalls mit vorherrschendem Silberanteil. io. Lager für hohe Beanspruchungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine in ihrer Lagerfläche durch kleine Nuten aufgerauhte Grundschicht aus sauerstofffreiem Kupfer besteht. ii. Lager für hohe Beanspruchungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine in ihrer Lagerfläche durch kleine Nuten aufgerauhte Grundschicht aus Bleibronze oder Lagerbronze besteht.