DE1433068B2 - Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchbaren Bolzen zur Anlenkung von Maschinenteilen - Google Patents

Description

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Die seit mehreren Jahrzehnten in die Fertigungs- gleichzeitiger Verdichtung der Sinterschicht die Feintechnik eingeführte Technik der Sintermetalle läßt bearbeitung des Bolzens entfällt oder entfallen kann, sich technologisch in drei große Gebiete aufteilen. Eine weitere Vereinfachung des Herstellungs-

Das erste Gebiet ist das Plattieren von Vor- Verfahrens ergibt sich, wenn das Lager Schmierölfabrikaten, Drähten, Blechen, Rohren u. dgl., um 5 nuten benötigt. Denn diese können während des fertige Erzeugnisse mit einer Metallschicht herzu- Kalibrierens eingeschnitten werden, so daß der stellen, beispielsweise Bleche für die Herstellung besondere Arbeitsgang entfällt, der bei der in eine von Lagerschalen, korrosionsgeschützte Leitungen, Trägerbüchse eingebrachten Sinterlagerschidht erStahlrohre mit einem Überzug aus Nickel oder forderlich ist.

Aluminium u. dgl. Das aufgetragene Metallpulver io Die Dicke der aufgesinterten Schicht ist nicht

wird im allgemeinen auf dem Trägermaterial durch willkürlich gewählt, sondern ergab sich aus der Über-

Walzen oder Ziehen vorverdichtet und dann durch legung, daß sie zwar dick genug sein muß, um den

Erhitzen auf gesintert. aufzutretenden Beanspruchungen standzuhalten, daß

Das zweite Gebiet ist die Herstellung von Form- sie aber auch nicht zu dick gewählt werden darf, körpern aus Sinterwerkstoff, beispielsweise von 15 einmal deshalb, weil sonst der Verdichtungsdruck zu Dichtungsscheiben, Lagerkörpern, Formkörpern für hoch wird, und andererseits, weil das zu einem überRollenlager, Büchsen u. dgl. Diese Formteile werden mäßigen Verbrauch an dem relativ teuren Sinterzunächst aus einem Pulver aus Sinterwerkstoff ge- werkstoff führen würde. Versuche haben ergeben, preßt und anschließend durch Erhitzen gesintert. Sie daß die obere vertretbare Grenze der Dicke bei etwa sind selbständige Bauelemente. 20 0,75 mm liegt. Jedoch sind auch bei 0,38 mm

In einem Sonderfall des als Formteil hergestellten Schichtdicke gute Ergebnisse erzielt worden. Ein Lagerkörpers wird die Welle in den Lagerkörper Unterschreiten dieser Grenze dürfte nicht zweckeingegossen oder eingeformt, so daß sie sich während mäßig sein. ^,
des Herstellungsvorganges wegen der Porosität des Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläu-Sinterwerkstoffes mit diesem verankert. 25 tert. Es zeigt

Diesen beiden Gebieten steht das dritte Gebiet F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Lagerbolzen in

gegenüber, ebenfalls ein Gebiet des Lagers, bei dem perspektivischer Darstellung,

nicht von einem fertigen Lagerkörper ausgegangen F i g. 2 einen Schnitt durch eine hitzebeständige wird, sondern in einer »Büchse als Trägerkörper eine Form, wie sie zum Sintern und zur Herstellung der Laufschicht durch Aufsintern eines pulverförmigen 30 festen Bindung zwischen der dünnen Lagermetall-Werkstoffes hergestellt wird und die Laufschicht schicht und der Mantelfläche des Kernes verwendet anschließend durch einen Stempel kalibriert wird. wird, und

Wie die Schicht in der Trägerbüchse vor dem Sintern F i g. 3 einen Schnitt durch eine typische Feinzug-

verfestigt wird, ist dabei unerheblich. Beachtenswert matrize, in der die gesinterte Pulverschicht verdichtet

ist lediglich der Umstand, daß die Lauf schicht des 35 wird und gleichzeitig spiralförmig verlaufende Schmier-

Lagers nicht ein selbständiges Bauelement, sondern nuten in deren Oberfläche eingearbeitet werden,

eine in einem Träger verankerte Schicht ist. In der Zeichnung ist mit 4 ein nach dem vorzugs-

Die Erfindung bedeutet eine Abkehr von der weisen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter bisherigen Sinterlagertechnik. Die Laufschicht wird Lagerbolzen bezeichnet. Er besteht aus dem zylinnicht auf einer Lagerbüchse aufgebracht, sondern 4° drischen Kern 6, auf dessen Mantelfläche eine dünne auf dem Lager- oder Kolbenbolzen. Auf diesem wird Lagermetallschicht 8 aufgebracht und mit der Maneine dünne Schicht von feinverteiltem Lagermittel telfläche fest verbunden ist. Wie aus der Zeichnung aufgesintert und die Schicht anschließend durch hervorgeht, sind in der Oberfläche der Lagermetall-Ziehen durch eine Feinzugmatrize auf eine Dicke schicht 8 eine Reihe von Schmiernuten 10 ausgebilvon 0,38 bis 0,75 mm verdichtet und kalibriert. 45 det, welche die Verteilung des Schmieröles zwischen

Eine besonders günstige Laufschicht wird erhalten, der Oberfläche der Lagerschale und dem Lagerbolzen

wenn die aufgesinterte Schicht ein Porenvolumen erleichtern sollen. Das Verfahren ermöglicht die Her-

vpn etwa 20 bis 30% aufweist, das durch die Ver- stellung von Lagerbolzen in den verschiedensten

dichtung auf weniger als 5 % herabgesetzt wird. Durchmessern und Längen.

Daß die Fachwelt in den Jahrzehnten, in denen ihr 50 Der Kern 6 des Lagerbolzens 4 besteht aus einem die Sintertechnik, vor allem auch auf dem Lager- zug- und druckfesten harten Metall, das nach der im gebiet, zur Verfügung stand, nicht auf den Gedanken Betrieb auftretenden Belastung gewählt ist. Es hat gekommen ist, die selbstschmierende Lagerschicht sich gezeigt, daß Kerne aus Stahl, insbesondere kaitauf den Bolzen und nicht in die Lagerbüchse zu ver- gewalztem Stahl, die für viele in Frage kommenden legen, kann nur so erklärt werden, daß ihr dieser 55 Betriebsbedingungen erforderliche Festigkeit besitzen. Schritt überlegungsmäßig ferngelegen hat. Nach all- In manchen Fällen haben sich jedoch auch Gußgemeiner Anschauung gehört die Lagerschicht in die eisenkerne als zufriedenstellend erwiesen.
Lagerschale und nicht auf den Lagerbolzen. Der Die Lagermetallschicht 8 besteht aus einer verhält-Lagerbolzen wird nach den üblichen Verfahrens- nismäßig dicht gesinterten Metallpulvermischung, schritten, wie Drehen, Schleifen, Härten und Nach- 60 deren Hauptbestandteil Kupfer ist, dem eines oder schleifen 'hergestellt, und die Lagerschale wird ihm mehrere der sogenannten Lagermetalle, z. B. Zinn, angepaßt. Das Lager- und Schmierproblem blieb bei Blei und Antimon zugesetzt sind. Es hat sich gezeigt, der Lagerschale. Daß es fertigungsmäßig wesentlich daß Lagerbolzen mit einer zwischen 5 und 10% Zinn einfacher und zweckmäßiger ist, die Sinterschicht auf enthaltenden Bronzelagerschicht unter den meisten den Lagerbolzen aufzusintern und ihn zu kalibrieren, 65 Betriebsbedingungen besonders geeignet sind. Dadiese Erkenntnis hat die Fachwelt nicht gehabt. Sie durch, daß der Bronzelagerschicht noch unterschiedhat insbesondere nicht erkannt, daß darüber hinaus liehe Bleianteile zugegeben wurden, wurden ebenfalls durch den einfachen Vorgang des Kalibrierens unter Lagerbolzen mit ausgezeichneten Betriebseigenschaf-

ten erhalten. Das Pulvergemisch kann im allgemeinen bis zu etwa 15% Zinn, bis zu etwa 25% Blei und bis zu etwa 3% Antimon enthalten, wobei das Pulver im übrigen aus Kupfer besteht. Die Dicke der auf den Kern 6 aufgebrachten Lagermetallschicht kann jeweils im Hinblick auf den besonderen Verwendungszweck eines Lagerbolzens unterschiedlich gewählt werden. Der Lagerbolzen wird in der Weise hergestellt, daß der den gewünschten Durchmesser und die rieh-

Zusammensetzung des verwendeten Pulvergemisches liegt die Sintertemperatur innerhalb eines Bereiches: zwischen etwa 775° C und etwa 1055° C. Während des Sinterns schmelzen die niedrigschmelzenden 5 Metallpulverbestandteile, z. B. Zinn, und ergeben eine Kupfer-Zinn-Legierungsschmelze, welche die Oberfläche der Pulverpartikeln und die Oberfläche des Kernes 6 netzt. Die so erhaltene Sinterpulverschicht

g 25 besitzt im allgemeinen einen Porenraum von 20

tige Länge besitzende Kern 6 in die zylindrische Aus- ίο bis 30 % des Volumens der Sinterschicht, nehmung 12 einer hitzebeständigen Form 14 einge- Nach Ablauf der jeweils erforderlichen Sinterzeit

bracht wird, deren unteres Ende mit Ausnahme der wird die Form aus der Heizkammer herausgenommen Öffnung 18 entsprechend der Darstellung der F i g. 2 und zum Abkühlen gebracht; anschließend wird der geschlossen ist. Diese Öffnung 18 fluchtet im wesent- Kern 6, auf dessen Mantelfläche nun eine gleichmäßig liehen axial mit der Mittellinie der zylindrischen 15 dicke Sinterschicht 25 aufgebracht ist, aus der zylin-Ausnehmung 12. Die üblichen Graphitformen sind drischen Ausnehmung herausgenommen. Dann wird für diesen Zweck durchaus zufriedenstellend. Die der so erhaltene Bolzen zur Verdichtung der darauf Stirnseite 16 der hitzebeständigen Form ist lösbar auf befindlichen Sinterschicht und zur genauen Einsteleiner entsprechenden Halteplatte 20 gehalten, von lung des Bolzendurchmessers noch kalibriert. Eine welcher der Zentrierzapfen 22 senkrecht nach oben 20 geeignete Feinzugmatrize, mit der die Sinterschicht ragt. Der Zentrierzapfen 22 ragt durch die in der auf die genau gewünschte Größe gebracht und ver-Stirnseite der Form vorgesehene Öffnung 18 hindurch dichtet werden kann, ist in F i g. 3 dargestellt. Wie und axial in die zylindrische Ausnehmung 12 hinein. aus der Zeichnung hervorgeht, besitzt die Feinzug-Um den Kern mit der zylindrischen Ausnehmung 12 matrize 26 eine annähernd konisch zulaufende Feinleichter zum Fluchten zu bringen, ist in dem einen 25 zugbohrung 28, durch die eine allmähliche Verrin-Ende des Kernes eine Führungsbohrung 24 vorge- gerung des Durchmessers und eine Verdichtung der sehen, in die der Zentrierzapfen 22 eingeschoben gesinterten Pulverschicht 25 erreicht wird, indem der werden kann, wodurch gewährleistet wird, daß Stahlkern mit Hilfe eines Stemples 30 axial durch zwischen der Außenfläche des Kernes und der Ober- die Feinzugbohrung 28 hindurchgedrückt wird. Um fläche der zylindrischen Ausnehmung ein gleich- 30 den aus den beiden Bestandteilen Kern und Sintermäßiger ringförmiger Abstand erhalten bleibt. schicht gebildeten Bolzen leichter mit der in der Fein-Nach dem richtigen Einbringen des Kernes 6 in zugmatrize vorgesehenen Zugbohrung 28 zum Fluchdie zylindrische Ausnehmung 12 der Sinterform 14 ten zu bringen, ist ein entsprechender Führungsblock wird ein aus Kupferpulver sowie ein oder mehreren 32 vorgesehen, dessen Führungsbohrung 34 axial mit Lagermetallpulvern, z. B. Zinn-, Blei-und Antimon- 35 der Feinzugbohrung 28 fluchtet, wobei der Durchpulver oder deren Mischungen bestehendes Pulver- messer der Führungsbohrung 34 im wesentlichen dem gemisch in den zwischen dem Außenumfang des Durchmesser des Kernes mit der Sinterschicht 25 Kernes 6 und der Innenfläche der zylindrischen Aus- entspricht. Beim Feinziehen wird die Sinterschicht 25 nehmung 12 bestehenden Zwischenraum eingefüllt. bis auf vorzugsweise mindestens 95 % verdichtet, so Um das Pulvergemisch leichter mischen und sintern 40 daß eine Lagermetallschicht 8 erhalten wird, deren zu können, liegt die durchschnittliche Partikelgröße Porenraum nur noch annähernd 5% oder weniger der verwendeten Pulver vorzugsweise innerhalb eines beträgt. Zum Schmieren der Feinzugmatrize und der Bereiches von unterhalb 150 μΐη bis etwa 50 μΐη. Sinterschicht während des Feinziehens können zwar Dadurch, daß die Pulver eine verhältnismäßig kleine verschiedene Schmiermittel verwendet werden, vor-Partikelgröße besitzen, wird nicht nur ein im wesent- 45 zugsweise jedoch ein Öl, das nicht nur die Matrize liehen homogenes Pulvergemisch erzielt, sondern es schmiert, sondern gleichzeitig auch die noch verkann auch der zwischen dem Kern und der Form
befindliche Raum leichter ausgefüllt und das Pulvergemisch gleichmäßiger und dichter darin verteilt
werden. Durch Einstampfen des Pulvergemisches in 50
den den Kern umgebenden Raum kann zwar eine
im wesentlichen dichte und gleichmäßig verteilte
Schicht ungesinterten Pulvers erhalten werden,
jedoch werden vorzugsweise Vibrationsverfahren g

angewandt, um das lose Pulvergemisch während des 55 eine oder mehrere Schmiernuten 10 in der Außen-Einfüllens zum dichten Absetzen zu bringen. Dies fläche der Lagermetallschicht 8 des Lagerbolzens kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch ge- auszubilden. Die Nutenschneider 36 sind in der schellen, daß die Form nach dem Einbringen des Feinzugmatrize verstellbar angebracht und werden Kernes auf einen Tisch aufgesetzt wird, der während vorzugsweise derart eingestellt, daß sie eine Nut des Einfüllens des Pulvergemisches in Schwingungen 60 schneiden, deren Tiefe jeweils der Dicke der auf der von Schall- oder Ultraschallfrequenz versetzt wird. Oberfläche des Kernes 6 aufgebrachten Lagermetall-Ist der Raum um den Kern 6 herum vollständig schicht 8 entspricht. Die Schneidkanten der Nutenmit dem gleichmäßig fest zusammengedrückten Pul- schneider 36 können dabei derart angeordnet sein, vergemisch gefüllt, so wird die Halteplatte 20 mit daß sie eine oder mehrere längsverlaufende Schmierdem daran befindlichen Zentrierzapfen 22 von der 65 nuten in der Oberfläche des Lagerbolzens ausbilden, Stirnseite 16 der Form abgezogen und die Form oder sie können auch in einem gewissen Steigungsin eine Heizkammer gebracht und bei der jeweils er- winkel verlaufen, so daß der Lagerbolzen in eine forderlichen hohen Temperatur gesintert. Je nach der Drehbewegung versetzt wird, während er durch die

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bliebenen Poren in der Lagermetallschicht imprägniert, so daß ein bereits vorgeschmierter Lagerbolzen erhalten wird.

Des weiteren ist die Möglichkeit vorgesehen, entsprechend der schematischen Darstellung der F i g. 3 einen oder mehrere, vorzugsweise aus einer Wolframkarbidverbindung bestehende Nutenschneider 36 in die Feinzugmatrize einzubauen, und mit deren Hilfe

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Feinzugmatrize gepreßt wird, wodurch dann in der Bolzenoberfläche ein oder mehrere spiralförmig gewundene Schmiernuten 10 entstehen. Dadurch, daß in der Oberfläche des Lagerbolzens 4 ein oder mehrere Schmiernuten 10 vorgesehen sind, kann das Schmiermittel besser zwischen der Oberfläche der Lagermetallschicht 8 und der diese im späteren Betriebseinsatz umgebenden Fläche verteilt werden.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Feinzugmatrize sind die Lagerbolzen 4 verhältnismäßig kurz, und der Stempel 30 drückt den Lagerbolzen so weit nach innen, bis sich die Stirnfläche des Stempels den nach innen vorspringenden Schneidkanten der Nutenschneider 36 nähert. Dann wird der Stempel wieder zurückgezogen und ein zweiter Lagerbolzen 4 in die Führungsbohrung 34 des Führungsblockes 32 eingebracht; das untere Ende des zweiten Lagerbolzens gelangt am ersten Lagerbolzen zur Anlage und drückt diesen axial durch den restlichen Weg der Feinzugmatrize hindurch. Der so erhaltene Lagerbolzen besitzt nach dem Verlassen der Feinzugmatrize genau die richtigen Abmessungen, hat eine glatte Außenfläche, ist bereits vorgeschmiert und bedarf bei den meisten Verwendungszwecken keinerlei weiterer Bearbeitung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von hochbeanspruchbaren Bolzen zur Anlenkung von Maschinenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Metallkern eine dünne Schicht

ίο einer Metallpulvermischung aus Lagermetall aufgesintert und die Schicht anschließend durch eine Feinmatrize auf eine Dicke von 0,38 bis 0,75 mm verdichtet und kalibriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einem Porenvolumen von etwa 20 bis 30% aufgesintert und auf ein Porenvolumen von nicht mehr als 5% verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Verdichten und Kalibrieren durch einen in der Feinzugmatrize (26) eingesetzten Nutenschneider (36) Nuten in die Lagerschicht eingeschnitten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen