DE830269C

DE830269C - Mehrschichtenlager

Info

Publication number: DE830269C
Application number: DEC2810A
Authority: DE
Inventors: Henry W Luetkemeyer; Ralph A Schaefer
Original assignee: Cleveland Graphite Bronze Co
Current assignee: Cleveland Graphite Bronze Co
Priority date: 1947-05-31
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1952-02-04

Description

Mehrschichtenlager Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung voii Lagert. besonders Hochleistungslagern für Kurbelwellenzapfen oder Pleuel- oder Schubstangen von Verbrennungskraftmaschinen. Hauptgegenstand der Erfindung ist die Herstellung eines Lagers mit höherer Ermüdungs- und Korrosionsfestigkeit als die der bekannten Lager.
1?in Lager mit befriedigenden Eigenschaften ist in der amerikanischen Patentschrift 2 316 119 beschriehen. 1? s besteht aus einem Stahlstützkörper, einer gut w@irmeleitfähigen Schicht eines Nichteisentnetalls mit einem mittleren Elastizitätsmodul, z. 1i. aus Kupfer. Silber oder deren Legierungen, und einer dünnen Oberflächenschicht aus einem 1_agermetall von etwa 0,025 bis 0,05 min (0,00l bis 0,0O2") Dicke. die die Gleitfläche darstellt. Diese 1_ager habet sich im allgemeinen gut bewährt, sie versagen aber bei starken Drucken.
[in allgemeinen wurden bei diesen Lagern als Zwischenschicht Kupfer-Blei-Legierungen und als I.atifschic1it hochziiluhaltige Legierungen verwendet. Zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit der Lauffläche wurden Bleilegierungen an Stelle von Zinnlegierungen verwendet. Blei hat aber -den Nachteil, daß es bei heißen Schmierölen korrodiert, weshalb dem Blei zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit wenigstens 5010 Zinn zulegiert wurde. Aber auch Laufschichten aus Blei-Zinn-Legierungen korrodieren nach einer gewissen Zeit, weil das Zinn bei der Gebrauchstemperatur in die Kupfer-Blei-Zwischenschicht diffundiert. Diese Diffusion verursacht bei derartigen Lagern, die sich sonst bewährt haben, viele Störungen.
Gemäß vorliegender Erfindung ist es jedoch möglich, diese Diffusion zu steuern, und damit ein Lager herzustellen, das den bisher bekannten Lagern hinsichtlich der Lebensdauer selbst bei ungünstigen Betriebsbedingungen überlegen ist.
Die Verwirklichung des Erfindungsgedankens wird nachstehend eingehend beschrieben und durch die Zeichnung noch weiter erläutert. Die Zeichnung stellt als Beispiel den Schnitt durch eine halbzylindrische Lagerschale dar, wie sie nach der Erfindung ausgebildet werden kann.
Wie festgestellt wurde, läßt sich bei Verwendung einer Zwischenschicht, wie sie oben erwähnt wurde, und die aus Silber, Kupfer oder deren Legierungen besteht, die Diffusion von Zinn aus der Gleitfläche in diese Zwischenschicht durch eine besondere Zwischenschicht (Sperrschicht) regeln. Diese Sperrschicht besteht aus Nickel, Kobalt oder Eisen in einer Dicke von o,ooi bis 0,0025 mm (o,00005 bis o,oooi"). Entsprechend der Zeichnung besteht die Lagerschale gemäß vorliegender Erfindung aus einer Stahlstützschale i, einer verhältnismäßig dicken Zwischenschicht 2, einer Diffusionssperrschiclit 3 in der angegebenen Dicke und einer Laufschicht 4. Bei einem derartigen Lager kann die Zwischenschicht 2 aus einer Legierung aus 75% Kupfer, 24% Blei und o,5% Zinn bestehen, die mit der Stahloberfläche der Stützschale fest verbunden ist. Die Laufschicht 4 besteht aus einer etwa 0,025 mm (o,ooi") dicken galvanisch niedergeschlagenen Schicht aus einer Legierung aus etwa 55% Blei, 12% Zinn und 3% Kupfer. Um die Diffusion des Zinns aus dieser galvanischen Schicht 4 zu regeln, wird auf die Zwischenschicht 2 eine Diffusionssperrschicht 3 ebenfalls galvanisch aufgebracht, die aus Nickel bestehen kann, das in einer Stärke von o,ooi bis 0,0025 mm (0,0005 bis o,ooo i "), gegebenenfalls auch mehr, niedergeschlagen wird. Um das Haften dieser Sperrschicht auf der Zwischenschicht zu erhöhen, kann außerdem zwischen diese Schichten noch eine Silberschicht eingeschaltet werden, die zwar vermutlich die Diffusion nicht beeinflußt, die Festigkeit des Lagerkörpers jedoch verbessert. Bei einem derartigen Lager wird die Diffusion des Zinns in die ZNvischenschicht verringert, so daß der Zinngehalt in der Laufschicht nicht unter 5% absinkt. Selbst wenn die Schicht ,4 im Laufe der Zeit abgetragen wird, ist noch ein guter Lauf des Zapfens auf der Diffusionssperrschicht gewährleistet. Hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit hat das Lager gemäß der Erfindung eine längere Lebensdauer als die obenerwähnten bekannten Dreischichtenlager. Auch die Korrosionsfestigkeit ist bedeutend höher. Für die Diffusionssperrschicht kann, wie erwähnt, Nickel, Kobalt oder Eisen verwendet werden oder auch, falls dies wirtschaftlich tragbar ist, Legierungen aus diesen Metallen.
In einigen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Zwischenschicht aus reinem Kupfer zu verwenden. In diesem Fall kann als Sperrschicht _\ ickel in einer Dicke von weniger als 0,0025 mm (o,oooi") verwendet werden, um die Diffusion des Zinns aus der Laufschicht zu verhindern. Ebenso kann auch Silber als Zwischenschicht verwendet werden, falls dies wirtschaftlich zu vertreten ist.
Durch das Lager gemäß vorliegender Erfindung werden nicht nur die oben beschriebenen guten Eigenschaften der Dreischichtenlager verbessert, sondern es werden zugleich auch die Nachteile vermieden, die die Dreischichtenlager bei hohen Betriebstemperaturen zeigen. Nach einer, gewissen Zeit wird bei den 1)reischichtenlagern, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, der Zinngehalt der Laufschicht durch Eindiffundieren in die Zwischenschicht verringert, wodurch die Schicht bleireicher und dann durch das Scliniiei-öl korrodiert wird. Ein weiterer Nachteil dieser Zinndiffusion ist die Bildung unerwünschter iriterinetallischer Verbindungen von Kupfer und Zinn an der Oberfläche der Zwischenschicht. Diese intermetallischen Verbindungen sind hart und spröde, was zur Folge hat, daß die Oberfläche durch Reibung oder Korrosion stark abgenutzt wird, wodurch die Brauchbarkeit des Lagers in Frage gestellt wird.
Es ist klar, daß auch noch andere Ausführungsformen als die vorstehend beschriebene im Rahmen der Erfindung möglich sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Me'hrschichtenlager, bestehend aus einem Stahlstützkörper, einer Zwischenschicht eines Metalls mit Hoher Wärmeleitfähigkeit und einem mittleren Elastizitätsmodul, wie Kupfer, Silber oder deren Legierungen, und einer Laufschicht aus einer zinnhaltigen Lagermetalllegierung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Z-,vischenschicht und der Laufschicht eine die Diffusion des Zinns verhindernde Sperrschicht angeordnet ist.
2. Lager nach @liisprucli i, dadurch gekennzeichnet, (laß die Sperrschicht aus einem Metall der Eisengruppe in einer Dicke von etwa 0,0025 mm besteht.
3. Lager nach den _\iisprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, (laß die Sperrschicht aus Nickel besteht.
Lager nach den :\iisprücheii i bis 3, dadurch gekennzeichnet, (litt!) die Sperrschicht auf der Zwischenschicht gäl\-aniscli niedergeschlagen ist.
5. Lager nach den ,liisprüchen i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Legierung aus 7 5 0/0 Kupfer, 24% Blei und o,5% Zinn besteht.
6. Lager nach den :lrisprüclien i bis 5, dadurch gekenuzeicluiet, (laß zwischen der Zwischenschicht und der Sperrschicht eine dünne Silberschicht angeordnet ist. Lager nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, (laß die Laufschicht aus einer Lagermetallegierung atis 85% Blei, 12% Zirin und 3% Kupfer besteht. B. Lager nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, (laß die Laufschicht in einer Dicke von weniger als 0,13 mm galvanisch aufgebracht ist. y. Lager nach den Ansprüchen i bis 8, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Lagerschale.