Werkstoffe f¼r Gleitlager

Werkstoffe fiir G lei tlager

Bearbeitet von

J . Arens. W. Bungardt . R. KuhneI . H. Mann E. Martin . W. Meboldt . C. M. v. Meysenbug

A. Thurn. R. Weber. H. Wiemer

Herausgegeben von

Dr.-Ing. R. Kuhnel Reichsbahndirektor i. R.,

Minden

Zweite verbesserte Auflage

Mit 323 Abbildungen

Springer-Verlag

Berlin / Gottingen / Heidelberg

1952

ISBN-13: 978-3-642-92585-6 e-ISBN-13: 978-3-642-92584-9 DOl: 10.1007/978-3-642-92584-9

AlJe Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fr~mde Sprachen, vorbehalten.

Copyright 1939 and 1952 by Springer-Verlag OHG, Berlin I Giittingen I Heidelberg

Soflcover reprint of the hardcover 1 st edition 1952

Vorwort.

Die erste Auflage dieses Buches - 1939 - war nach zwei Jahren bereits vergriffen. Die VerhliJtnisse der Kriegs- und Nachkriegszeit brachten es mit sich, daB erst 1949 mit der Bearbeitung der zweiten Auflage begonnen werden konnte. Die Rohstoffnot des vergangenen Jahrzehnts zwang Deutschland, die Forschungen auf dem Gebiet der Lagerwerkstoffe besonders vorwarts zu treiben. Die reichen Ergebnisse dieser Untersuchungen bedingten eine vollige Neubearbeitung der einzelnen Absatze und eine Umstellung. Die Abschnitte Grundlagen der Konstruktion und Prufung der Lager sind entfallen. Das, was fur die Lagerwerkstoffe davon noch in Frage kam, ist mit dem Abschnitt Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe vereinigt worden, der den ersten Teil des Buches bildet. Der dadurch entstandene Raumgewinn kam dem zweiten und dritten Teil zugute. Der zweite Teil enthalt jetzt die metallischen GIeitstoffe und wurde urn die Abschnitte Silber und GuBeisen vermehrt. In den dritten Teil sind die nichtmetallischen GIeitstoffe aufgenommen. Zusatzlich wurden noch Holz und Kohle eingefugt. Die einzelnen Kapitel sind, soweit moglich, in die Abschnitte Allgemeines, Aufbau, Eigenschaften, Erfahrungen auf dem Prufstand und im Betriebe eingeteilt. Der Verlag hat das Buch wieder bestens ausgestattet. Ihm sei dafUr vielmals gedankt, ebenso den Herren Verfassern der einzelnen Absatze, denen es bei"ihrer heutigen Beanspruchung - sie sind teils an Hochschulen, teils bei Behorden, teils in Herstellerbetrieben tatig - nicht leicht wurde, auch fur diese Arbeit noch die notige Zeit aufzubringen. Ferner danke ich HeITn R. Buchmann fUr die Unterstiitzung bei den Korrekturarbeiten. Die Nachfrage nach diesem Buch war in der Zwischenzeit im In- und Ausland rege. So darf man hoffen, daB es eine freundliche Aufnahme finden wird.

Minden/Westf. im Juli 1952. R. KuhneI.

Inhaltsverzeichnis.

Erster Teil.

Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe. Von Reichsbahndirektor i. R. Dr.-lng. R. Kuhnel, Minden.

Mit 26 Abbildungen. Seitc

A. Geschichtliche Entwicklung .................................. I B. Die Lagerprufverfahren und die Auswertung ihrer Ergebnisse

fur die Werkstoffwahl ......................................... 3 C. Formgebung in Wechselwirkung zum Werkstoff ............. 6 D. Gleitbedingungen in Wechselwirkung mit dem Werkstoff ... 7

1. EinfluB des Schmiermittels ..................................... 7 2. EinfluB des Werkstofi's bei steigender Belastung und Grenzreibung oder

Vollschmierung ................................................ 8 3. EinfluB des Werkstofi's auf den Oberflachenzustand und den Lagerlauf 9

E. Bedeutung der einzelnen Werkstoffeigenschaften fur den Lagerlauf ...................................................... 13 1. Die chemische Zusammensetzung. . . . . . .. . .. .. . .. .. .. ... .... . . . .. 13

WeiBmetalle S.14 - Rotmetalle S.14 2. Die mechanischen Eigenschaften . . .. . .. ... .. ... ....... ... .. . . .. .. 14

Zugfestigkeit S.14 - Druck S. 14 - Biegefestigkeit S.15 - Harte S. 16 - VerschleiBfestigkeit S. 18 - Bearbeitbarkeit S. 20 - Warmeleitfahigkeit S.20

3. Die metallurgischen Eigenschaften ...... __ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20 Schmelzpunkt S.21 - Dunnflussigkeit S.22 - SchwindmaB und Bindung S. 22 - Grob- und Feinaufbau S. 23

F. ZweckmaBige Darstellung von Prufungs- und Erfahrungswerten der Lagerwerkstoffe .. ..... . ... ... .. .. ... .... . .. . . ... .. 27

Zweiter Teil.

Metallische Gleitlagerwerkstoffe.

A. Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil. Von Professor Dr.-lng. W. Bungardt, Essen (Mit 53 Abbildungen) 35 1. Definition und Zusammensetzung der wichtigsten WeiBmetalle 35 2. Gefiigeaufbau der WeiBmetalle ............. _ . .. .. ... .. . ... . ... .. 43 3. Metallurgische Eigenschaften ........... _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49 4. Mechanische Eigenschaften .......... _ .... _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Statische Festigkeitseigenschaften S. 64 - Dynamische Festigkeit S. 74 5. Gleitverhalten ...................... _ ................... _ . . . . . . 87 6. Physikalische Eigenschaften der WeiBmetalle _ ............. _ . . . . . . 95 7. Zusammenfassende Ubersicht ........... __ .. _ . _ .............. _ . .. 96

E. Legierungen mit Silber als Hanptbestandteil. Von Dr. H. Mann, Osnabriick ..................................... 20! 1. Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 204 2. Gestaltung .................................................... 206

F. Legiernngen mit Zink als Hauptbestandteil. Von Reichsbahnrat Dr. E. Martin, Minden (Mit 18 Abbildungen) ...... 211 1. Entwicklung der Zinklagermetalle ............................... 211 2. Aufbau der Zinklagerlegierungen ................................ 213 3. Physikalische und mechanische Eigenschaften der Lagermetallegierungen 216 4. Ergebnisse der Laufversuche auf dem Priifstand .................. 221 5. Bewahrung im Betrieb ......................................... 229

Seite G. Legierungen mit Kupfer als Hauptbestandteil.

Von Dr. H. Mann, Osnabriick (Mit 43 Abbildungen) ................. 233 1. Bronze, RotguB, Messing ....................................... 233

Entwicklung S. 233 - Begriffe und Normen S. 238 - Gebrauchliche Legierungen, Eigenschaften S. 239 - Erstarrungsbild, Aufbau und EinfluB der Legierungsbestandteile S. 254 - Beziehung zwischen Auf· bau, Eigenschaften, Oberflachenzustand und Gleitverhalten S.275

2. Bleibronzen ................................................... 278 Entwicklung S. 278 - Gebrauchliche Legierungen, Eigenschaften, Normen S. 281 - Erstarrungsbild und Aufbau S. 286 - EinfluB der Legierungsbestandteile auf Aufbau und Eigenschaften S. 291 - Be· ziehung zwischen Aufbau, Eigenschaften, Oberflachengiite und Gleitverhalten S. 307

H. Sintermetalle. Von Dr. H. Wiemer, Mehlem (Rhld.) (Mit 33 Abbildungen) ........... 319

1. Entwicklungsgeschichte ......................................... 319 2. Aufbau, physikalische und mechanische Eigenschaften ............. 319

Allgemeine Angaben S.319 - Porose Bronzelager S.320 - Porose Eisenlager S. 323 - Porose Leichtmetallager S. 330 - Hochverdichtete Sinterlager S. 330 - Metallgetrankte Sinterlager S. 332

3. Gleiteigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 334 Selbstschmierung S.334 - Notlaufeigenschaften S.335 - Belastbar-keit S. 338 - Reibungszahlen S. 342

4. Anforderungen fiir Einbau und Fertigung, Anwendungsbeispiele .... 345 Einbau S.345 - Fertigungsmoglichkeiten S.351 - Anwendungsmoglichkeiten S. 354

I. GuBeisen. Von Dr.-Ing. W. Meboldt, Mannheim, und Reichsbahndirektor i. R. Dr.-lng. R. Kuhnel, Minden (Mit 14 Abbildungen) ........................... 357 1. Allgemeines ................................................... 357 2. Aufbau ....................................................... 357 3. Mechanische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 358 4. Bearbeitung und Schmierung ................................... 358 5. Formgebung ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 359 6. Priifstandsversuche ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 359 7. Beispiele praktischer Verwendung von GuBeisen in Lagern des Land-

maschinenbaus ................................................ , 360 GrauguB gegen GrauguB S. 360 - GrauguB gegen Stahl S. 361

8. Zusammenfassung .............................................. 363

Dritter Teil.

Nichtmetallisehe Werkstoffe.

A. Holz. Von Obering. J. Arens, Saarl;>riicken (Mit 15 Abbildungen) ............ 365 1. Allgemeines ................................................... 365 2. Auswahl und Behandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 368 3. Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 369

Seite

4. Anwendungsbereich der Holzlager ............................... 373 5. Formgebung ................................................... 375 6. Kuhlung und Schmierung ...................................... 385

B. Kunststoffe. Von Professor Dr. A. Thum, Zurich, und Dr.-lng. C. M. Frhr. v. M eysenbug, Darmstadt (Mit 49 Abbildungen) ................................... 387 1. Einleitung ..................................................... 387 2. Arten der Kunststoffe, Verarbeitung und Eigenschaften ............ 388

Arten der Kunststoffe - S. 388 - Verarbeitung S. 393 - Bearbeitbar-keit harter Kunststoffe S. 395 - Eigenschaften S. 400

3. Anforderungen der Lagerherstellung an den Kunststoff ............ 401 Verwendbare Werkstoffe S. 401 - Formgebung und Behandlung S. 405

4. Betriebsverhalten von Kunststofflagern ......................... " 408 Verhalten gegen Schmiermittel S.408 - Warmedehnung S.409 -Lagerspielveranderungen S.411 - Verhalten beim Einlauf S.412 -Belastbarkeit und Reibung S.415 - Verschleill S.420 - Gleit- und Notlaufeigenschaften S.420

5. Werkstoffgerechte Gestaltung von Kunststofflagern •.•............. 421 Lagerbuchsen und -schalen S. 422 - Verbundlager S. 427 - Kunststoffbewehrte Welle S.429

6. Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 429 Walzenlager S. 430 - Lager fiir Lasthebe- und Fordermaschinen S. 434 - Schienenfahrzeuge S. 436 - Landmaschinen S. 438 - Aufbereitungs-und Verarbeitungsmaschinen S. 439 - Pressen- und Pumpenbau S. 439 - Schiffsbau S. 440 - Kraftfahrzeubau S.441 - Werkzeugmaschinen-bau S. 441 - Elektromotoren S. 442 - Feingeratebau S. 442

C. Koble. Von Dr. H. Wiemer, Mehlem (Rhld.) (Mit 4 Abbildungen) .......... 443 1. Allgemeines ................ ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 443 2. Aufbau und Eigenschaften ................................... 443 3. Awendung ................................................. 444 4. Schmierung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 445 5. Herstellung und Bearbeitung ................................. 447

Saebverzeicbnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 449

Enter Teil.

Profung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe. Von Reichsbahndirektor i. R. Dr.-Ing. R. Kuhnel, Minden.

Mit 26 Abbildungen.

1m Gegensatz zum Bauwerk enthalt eine Maschine bewegte Teile, die gleiten mussen. Die Beherrschung der Lagerreibung ist also ein technisch sehr wichtiges Problem und G. Vogelpohl hat vor kurzem1 noch darauf hingewiesen, daB auch heute noch trotz aller Fortschritte ein unerwartet groBer Teil der Antriebskraft in der Lagerreibung vernichtet witd. Wenn auch das Lager nur ein gewichtsmaBig meist sehr kleiner Bauteil der Maschine ist, so bedeutet seine einwandfreie Gestaltung und die Auswahl der Gleitstoffe fUr den guten Lauf eine unerlaBliche Voraussetzung. Sie steht an Bedeutung in einer Reihe mit der richtigen Behandlung des Schmierproblems und muB vom Konstrukteur ebenso weitgehend beherrsoht werden. .

Dieses Buch soll den Eigenschaften und der Auswahl der Gleitlagerwerkstoffe gewidmet sein. Schmierung und Formgebung, die eine Wissensohaft fUr sioh dltrstellen, konnen in diesem Zusammenhang nur gestreift werden, soweit sie in unmittelbarer Wechselwirkung mit dem Gleitstoff stehen.

A. GeschichtIiche Entwicklung.

Abb. 1. Geteiltes Drehbanklager.

Der hauptsachlichste Baustoff des Mittelalters war das Holz. Soweit in den Maschinen Wellen zu lagern waren, sah man eine Einbuchtung in dem Tragbalken vor. Spater gab man daruber ein gebogenes Eisen, und das Lager war fertig. Aber schon 1750 . findet sich ein geteiltes Drehbanklager mit Einsatzen s. Abb. 1.

In den Webstuhlen und in Walzwerken hat sich Holz als Werkstoff noch lange gehalten. Zum Teil wurde es spater durch die PreBstoffe verdrangt. Metallische Gleitlager-

1 Vogelpohl, G.: Die Reibung ausreichend geschmierter Maschinenteile im Hinblick. auf die rationelle Energiewirtschaft. Stahl u. Eisen 1950 H. 21 S. 930.

1 Kuhnel. Gleitlager. 2. Auf!.

2 R. K ilhnel: Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe.

werkstoffe, wie lVIessinge und Bronzen, find en sich schon VOl' 1800 im Gebrauch, ebenso yereinzelt auch Gu13eisen. Bald nach 1800 ist das erste Patent fur WeiBmetalle angemeldet \vorden. Die technische Erkenntnis, daB hiermit ein voraussichtlich guter Gleitwerkstoff gewonnen war, ist also schon ziemlich fruhzeitig yorhanden gewesen. Obwohl die umfassende EinfUhrung diesel' neuen Gleitwerkstoffe eine Neuerung yon groBer Tragweite war, scheint sie sich sozusagen auf kaltem Wege durchgesetzt zu haben, ohne daB daruber im Schrifttum gro13ere Erorterungen zu finden sind. Das ist nicht iiberraschend, denn einerseits steckte die Werkstofforschung damals noch in den ersten Anfangen, und andererseits hielt man die Zusammensetzung solcher Legierungen noch streng geheim.

Die Hiittenwerke lieferten also Lagerwerkstoffe unter einer Markenbezeichnung ohne Angabe del' chemischen Zusammensetzung odeI' mechanischer Eigenschaften. In del' Regel verwendete man eine Legierung, die etwa dem heutigen WM80 entsprach, und kam damit sehr gut aus. Diesel' Werkstoff hatte gute gleittechnische Eigenschaften und war auch Fehlern del' metallurgischen Behandlung gegeniiber nicht sehr empfindlich. Man konnte also Lager gestalten, berechnen und betreiben, ohne auf den Werkstoff irgendwelche Rucksicht zu nehmen, odeI' mit seinem EinfluB rechnen zu mussen. Da abel' kamen mit dem ersten Weltkrieg die Rohstoffschwierigkeiten, und del' Mangel an Zinn und Kupfer zwang die Technik, sich nun auch mit den Eigenschaften anderer Gleitlagerwerkstoffe eingehend zu beschaftigen. Bei deren Gebrauch stellte sich sehr bald heraus, daB es in del' Mehrzahl del' FaIle doch einen sehr erheblichen EinfluB des Werkstoffs auf das Gleitverhalten gab. Einen wesentlichen Beitrag zur Erkenntnis del' Eigenschaften del' WeiBmetalle brachten schon 1914 Heyn und Bauer in einem Beiheft del' Verhandlungen des Vereins zur Beforderung des GewerbefleiBes im Verlag Leonhardt Simi on Nachf. in dem sie Untersuchungsergebnisse iiber die Harte und den Aufbau del' in Frage kommenden WeiBmetaIle veroffentlichten1. ImJahre 1919 wurde die Kenntnis del' Eigenschaften del' weiBen und roten Lagermetalle durch ein Buch von Czochralski und Welter "Lagermetalle und ihre technologische Bedeutung" im Verlag Springer wesentlich erweitert. Dberall setzte nun in Industrie und auf den Forschungsstellen eine weitere Untersuchung del' Eigenschaften del' Gleitlagerwerkstoffe ein. Die Reichsbahn hatte als groBer Verbraucher dieses Werkstoffs den Wert eigener Untersuchungen auf diesem Gebiete erkannt und errichtete 1921/22 ein besonderes Versuchsamt fUr Lager in Gottingen. In weiterer Folge entwickelte sie zusammen mit den Metallhutten aus einem hochbleihaltigen Kalzium - und einem hochbariumhaltigen Bleimetall das Bahnmetall, das lange Zeit fUr die Ver-

I S. auch S. 46.

Geschichtliche Entwicklung. 3

wendung bei Gtiterwagen vorherrschend blieb. Inzwischen hatten auch die Normungsarbeiten eingesetzt und die Normblatter 1703 ftir WeiBmetalle und 1705 fUr Rotmetalle erschienen in erster Ausgabe. Auf der Werkstofftagung und -Ausstellung 1927 in Berlin, die die Aufwartsentwicklung der Werkstofftechnik seit Kriegsende darstellen sollte, konnte vom Berichter eine Ubersicht tiber den damaligen Stand der Erkenntnis der Eigenschaften der Blei- und Zinnlagermetalle gegeben werdenl.

1m Jahre 1936 erschien im VDI-Verlag das Ergebnis einer Gemeinschaftsarbeit deutscher Konstruktionsingenieure - Die Grundlagen und Richtlinien fUr die Gestaltung der Gleitlager - hera usgegeben von Erkens. Die dann folgenden Jahre brachten im Zuge der immer gr6Ber werdenden Rohstoffnot eine Ftille von Untersuchungsergebnissen tiber die Gleitstoffe, auf die in den einzelnen Abschnitten des Teiles II und III naher eingegangen ist.

B. Die Lagerpriifverfahren und die Auswertung ihrer Ergebnisse fUr die Werkstofl'wahl.

Erkenntnisse fUr die Auswahl aus dem praktischen Betriebe werden leider wenig bekannt. Es ist hier nur selten m6glich, genaue Beobachtungen anzustellen und die Betriebsbedingungen so abzustimmen und iiber langere Zeit gleichmaBig zu halten, daB neben dem EinfluB von Schmierung und Gestaltung auch der des Werkstoffs noch klar erkennbar wird. So bleibt man auf den Prtifstand angewiesen, aber auch hier ist es keineswegs leicht, die Versuchsbedingungen stets so abzustimmen und gleichmaBig zu halten, daB eindeutige Ergebnisse gewonnen werden k6nnen. Das fangt schon beim Priif6l an, und auch beim Lager ist es keineswegs einfach, die Herstellungsbedingungen so zu halten, daB ein Lager in seinem Verhalten genau dem anderen Versuchslager gleicht.

Man unterscheidet drei Arten der Priifung:

Dient die Priifung nur der Erprobung des Gleitverhaltens des Werkstoffs, so kann man mit einer einfachen Maschine nach Abb. 2 auskommen.

Hierbei liegt aber eine andere Art der Schmierung vor, und die Einwirkung der Lagerabmessungen, die sich ja immer

Abb. 2. Einfache G1eitprlifmaschine.

mit der des Werkstoffs iiberdeckt, wird nicht erfaBt. Die Ubertragbarkeit der Priifergebnisse dieser Maschine auf praktische Ver-

1 Kithnel, R.: Lagermetalle auf Blei- und Zinnbasis. GieBerei 1928 H.19.

1*

4 R. Kuhnel: Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe.

haltnisse ist daher nur sehr bedingt gegeben. Besser ist es daher schon, man wahlt Priifmaschinen nach Abb. 3, in den en ein einzelnes Lager unter gewissen Betriebsbedingungen gepriift werden kann.

Werden hierbei die Eigenschaften der untersuchten Gleitstoffe ausreichend mitbe-stimmt, so kann man die Ergebnisse nicht nur fiir die Konstruktion und Betrieb, sondern auch fiir die BeweI' tung des Gleitwerkstoffs verwenden.

Es miissen dabei mindestens die Harte und chemische Zusammensetzung des Gleitwerkstoffs bekannt sein, ebenso der Grad seiner Bearbeitung und der

Abb.3. Priifstand nach Welter· Kammerer.

Werkstoff der Welle und deren Bearbeitung. Die Lagertemperatur muB vermerkt sein. Selbstverstandlich diirfen die sonstigen lagertechnischen Angaben - Belastung, Abmessung, Geschwindigkeit, Eigenschaften des Schmiermittels und der Art seiner Zufiihrung -nicht vergessen werden. Die Gruppe D. 4a - Gleit- und Rollreibung -des F. N. M. hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Richtlinienblatt aufzusteIlen, das aIle Angaben festlegt, die fiir die Dbertragbarkeit von Lagerversuchsergebnissen notwendig sind.

Mit del' eben beschriebenen Lagerpriifmaschine werden aber nur die Betriebsbedingungen einfachster Art erfaBt, z. B. fUr Transmissionslager. Thum und Strohauer gelang es, eine Priifmaschine zu entwickeln, mit der man auch die stoBartige Beanspruchung - beispielsweise eines Pieuellagers - in einer verhaltnismaBig einfachen Maschine mit erfassen kann s. Abb. 4.

AIle diese Maschinen eignen sich aber eben nur zur Priifung von Lagern kleinerer Abmessung. Will man noch weiter kommen, so muB man sich zum Bau von Achspriifstanden oder Motorenstanden entschlieBen. Damit kommt man der praktischen Beanspruchung schon wesentlich naher. Ganz erreicht man sie nie, und es bleiben immer noch Konzessionen genug, die man machen muB, urn den Versuch wirtschaft-

Lagerpriifverfahren u. Auswertung ihrer Ergebnisse fiir die Werkstoffwahl. 5

lich zu gestalten, in denen man aber von der wirklichen praktischen Beanspruchung sich wieder entfernt. Bei den Kosten dieser Versuche ist es erst recht notwendig, aIle nur denkbaren Versuchsdaten zu vermerken, damit eine Dbertragbarkeit dieser Versuchsergebnisse auf andere oder

Abb.4. Priifmaschine nach Thum und Strohauer.

gleiche FaIle gegeben ist, und auBerdem erkennbar wird, wo die Dbertragbarkeit aufhort.

G. Vogelpohl auBert sich tiber den Wert von Ergebnissen auf Priifmaschinen fiir die Bewertung von bIen, wie folgtl: "Bei VergleichsmesSungen zwischen blpriif- und Betriebsmaschinen sind iibertragbare Ergebnisse auf den Priifmaschinen nicht gewonnen worden. GroBe Versuchsanstalten haben mit erheblichen. Kosten Untersuchungen an Motoren gemacht und fanden, daB ein im Motor gut brauchbares bl auf dem Priifstand sich als schlecht erkennen lieB und umgekehrt. Wenn beispielsweise die Priifmaschine im Bereich des linken Astes der Stribeckkurve (Grenzreibung bei kleiner Geschwindigkeit) arbeitet und die Priifmaschine, fiir die das bl bestimmt ist, im Bereich der rechten, so erhalt man auf der Priifmaschine ein der Wirklichkeit entgegengesetztes Ergebnis." Nun sind Untersuchungen auf Motorenpriifstanden wohl besonders schwierig durchzufiihren, und man kommt dem praktischen Betrie be doch nicht so recht nahe, a ber auch sonst muB zugegeben werden, daB die giinstigen Bedingungen, unter denen Versuche auf Priifstanden laufen, auch zu sehr guten Ergebnissen beim Verhalten von Schmierung und Werkstoff fiihren, deren Dbertragbarkeit auf wesentlich andere Betriebsbedingungen meist nicht gegeben ist und die daher leicht zu viel zu giinstiger Beurteilung und entsprechendem Fehleinsatz fiihrt. A. Buske2 kommt sogar zu folgender Ausfiihrung: "Es ist moglich, die Versuchsbedingungen so zu wahlen, daB bei objektiver Durchfiihrung der Versuchsreihe unter genau eingehaltenen gleichen Versuchsbedingungen das Ergebnis ganz den Wiinschen des Auf-

1 Vogelpohl, G.: Reibungsmessungen auf Priifmaschinen und ihr Wert zur Ermittlung der Schmierfahigkeit. Z. Erdal und Kohle 1949 S.557.

2 Buske, A.: Der EinfluB der Lagergestaltung auf die Belastbarkeit und Betriebssicherheit. Stahl u. Eisen 1951 Heft 26 S. 1420.


traggebers entspricht." Will man also z. B. nachweisen, daB harte Lagerwerkstoffe besonders geeignet sind, so braucht man nur die Versuchsbelastung auBergewohnlich hoch zu treiben - etwa aUf 500 bis lOOO kg/em 2 ; dann fallen die sonst sehr geeigneten WeiBmetalle sowie PreBstoffe und Holz aus, und man erhalt eine ganz andere Bewertungsreihenfolge (s. auf S.32).

C. Formgebung in Wechselwirkung zum Werkstoff.

Nach AusfUhrung sowohl wie nach Verwendung gibt es eine sehr groBe Zahl unterschiedlich gestalteter und betriebener Lager. Diese aIle konnen nun noch teils als geteilte Lager, teils als Buchsen und weiter als Langs- oder Querlager ausgefUhrt werden. Das gibt eine Vielzahl von Anwendungen, die die Ubertragbarkeit der an einem Lagertyp gewonnenen Versuchsergebnisse auf andere naturgemaB sehr erschwert. Allgemein aber kann man doch folgende FeststeHungen uber die Wechselwirkung zwischen Formgebung und Werkstoff machen:

Die Lagerlange wird durch die Formell/d = 0,5 bis 1 vom Wellendurchmesser abhangig gemacht. Buchsen und ortsfeste kurze Lager ergeben bei groBen Wellendurchmessern wenig Wellendurchbiegung, sie stellen dem Werkstoff keine zusatzlichen Anforderungen. Soweit dann noch Druck und Geschwindigkeit sich in maBigen Grenzen halten, wird man selbst mit gleittechnisch empfindlichen Werkstoffen bei richtiger Hearbeitung keine schlechten Erfahrungen machen. Kommt es abel' zu einer groBeren Durchbiegung der Welle - s. Abb. 5, so tritt nicht nm

Abb.5. Durchbieguug der Welle.

an den Kanten A und Beine Verengerung des blspalts ein, die zm Grenzl'eibung fUhrt, sondern es ist auch die AusguBmitte bei C gefahrdet. Dies ist die Stelle, wo sich bei Eisenbahnfahrzeugen sogar noch Schaden an der Welle zeigen. Es treten dann unter dem EinfluB der starken Oberflachenausdehnung

durch die HeiBlaufwarme konzentrische feine Anrisse ;:tuf, die schwer zu erkennen sind, aber ziemlich tief gehen. Werden sie nicht beseitigt, so entwickelt sich von hier ein Dauerbruch der Welle, der zu Entgleisungen und entsprechend schweren Schaden fUhrt.

Gute Warmeableitung der Lagerwerkstoffe und der Lagerschale halt die Lagertemperatur niedrig und schafft damit gunstige Voraussetzungen fUr gute Schmierung und fUr guten Lauf, besonders der warmeempfindlichen Bleilagermetalle. Je dunner der AusguB, desto besser die Warmeableitung, desto groBe:r auch die Erhohung der Dauerfestigkeit des Lagerwerkstoffs durch die Mitwirkung der Lagerschale bei der Aufnahme der

GIeitbedingungen in Wechselwirkung mit dem Werkstofi'. 7

Lagerlast. Je diinner der AusguB, desto hoher wird seine Harte und Dauerfestigkeit, weil der Aufbau feinkorniger wird. Es kommt auch weniger GieBwarme in die Schale, die Zusammenziehung beim Erkalten verringert sich und die Bindung zwischen Schale und AusguB bleibt fester. Bei Instandsetzungen wird allerdings'vielfach der verschlissene Querschnitt der Welle durch entsprechend dickeren AusguB ersetzt werden mussen. Man begibt sich aber damit all der eben beschriebenen Vorteile, die mit der Anwendung eines dunnen Ausgusses verbunden sind.

D. Gleitbedingungen in Wechselwirkung mit dem Werkstoff. Einige Reispiele mogen nun belegen, wie wesentlich sich das

Verhalten der Gleitstoffe verandert, wenn man entweder die Schmierverhaltnisse abweichend gestaltet, oder bei Grenz- und bei Vollschmierung die Lager laufen laBt, oder wenn man die Oberflachenbeschaffenheit verandert.

1. Einflu8 des Schmiermittels. W. Lenzl hat Versuchsergebnisse uber die verbessernde Wirkung

emes Graphitzusatzes zum Schmiermittel veroffentlicht und hierbei

oc

III

WM 80 und weichen GrauguB miteinander verglichen. Die Welle der Lagerprufmaschine bestand aus weichem Stahl und hatte einen Durchmesser von 40 mm. Sie lief mit 200 Umdr./min. Von den beiden Lagerschalen von 70 mm Breite wurde die linke mit hellem MaschinenOl (Viskosi

'-~t,--J~;---l--:::---'--:':'6,..-1-.2-f.'O,..-1~,--L-j tat 4,5/50 - Flammpunkt 21{ kg/ClTL2 1900 eels.) geschmiert, wah-

Abb.6. Grapbitschmiernng nnd Lagermetall (Lenz). rend die rechte einen Zusatz

von Graphit zum gleichen 01 erhielt. Der Graphitgehalt der fertigen Mischung betrug 0,50 / 0, Die ubrigen Eigenschaften des Ols wurden durch den Zusatz nicht verandert. Die Belastung betrug bei dem 24-Stunden-Einlauf zunachst 2,5 kg/cm2 und wurde dann je Tag urn 1 kg gesteigert. Ab 15 kg betrug die Steigerung 3 kg je Tag. Die Ergebnisse enthiilt die Abb. 6.

Kurve 1 zeigt das Verhalten des Graugusses mit Maschinenolschmierung, Kurve 2 dasselbe bei Graphitzusatz, Kurve 3 das Verhalten des WeiBmetalls mit MaschinenOlschmierung. Unter den hier gegebenen Versuchsbedingungen - hochste Belastung 24 kg/cm2 - konnte das

1 Len;;:;, W.: Graphitschmierung und Lagermetall. Petroleum 1935 H.33.


gleittechnisch schwierige GuBeisen zur gleichen Laufleistung wie das hochwertige WeiBmetall gebracht werden. Uber die Art der Bearbeitung sind keine naheren Angaben gemacht, man kann wohl aber mit Sicherheit annehmen, daB Feinstbearbeitung vorgelegen hat. 1m Absatz GuBeisen ist nachgewiesen, daB unter ahnlichen Laufbedingungen beim Betrieb von Landmaschinen sich vielfach Anwendungsmoglichkeiten fur GuBeisen als Gleitmetall finden.

2. EinHu8 des Werkstoffs bei steigender Belastung und Grenzreibung oder Vollschmierung.

Einen Beitrag zu der Frage, wann bei Anderung der Geschwindigkeit und steigender Belastung ein EinfluB des Gleitwerkstoffs bemerkbar

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.Abb. 7a und 7b. Laufversuche von R. Weber bei Grenz

und VoJIschmierung.

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wird und wann nicht, hat R. Weber durch Versuche bei Grenz- und Vollschmierung mit verschiedenen Gleitwerkstoffen veroffentlicht. Er prufte1 die Reibungszahl und tJbertemperatur eines Versuchslagers mit einer Gleitgeschwindigkeit von 0,1 und 6 m/sec. Der Wellenwerkstoff war bei der kleineren Geschwindigkeit St. 60. II; bei der groBeren St. 50. II. Der Durchmesser war 40 mm, der Bearbeitungszustand geschliffen und poliert. Die Breite der Halbschalen war 50 mm, die Lange 30 mm, das Lagerspiel 0,05 mm und bei der groBeren Geschwindigkeit 0,06 mm. Der Gleitwerkstoff wurde gedreht, geschliffen und poliett. Die Ringschmierung erfolgte mit Shell BF 3. Die Abb. 7 enthalt das Ergebnis von Laufversuchen bei 0,1 m/sec und 6 m/sec Geschwindigkeit und einer OI-

l Weber,R.: Gleiteigenschaften von Lagerlegierungen. Z.Metallkde. 1940 H. 11 S.384.

Gleitbedingungenin Wechselwirkung mit dem Werkstoff~ 9

temperatur von 70°. Links ist die Dbertemperatur bei steigender BeIastung 1 und O,lm/sec Geschwindigkeit aufgetragen. Wie zu erwarten, tritt hier im Kurvenanstiegwinkel der EinfluB des Werkstoffs klar in Erscheinung.

Bei Rotmetall steigt in Abb. 7a die Kurve fast senkrecht an, ebenso bei einer Zinklegierung. Weitere Zinklegierungen und die Phosphorbronze verlaufen mit einem Anstiegwinkel von 45°, wahrend die WeiBmetaIle fast keinen Anstieg zeigen. Der Gleitwerkstoff beeinfluBt also bei Grenzreibung die Lagertemperatur und jeder Gleitwerkstoff hat eine ihm eigentiimliche Anstiegskurve. Hier ist ein Zusammenhang mit dem Reibungskoeffizienten zu suchen, auf dessen Eigenheiten auf S.87 naher eingegangen ist. Als reine Werkstoffeigenschaft ist er allerdings kaum anzusprechen, weil andere Einfliisse ihn verandern und iiberdecken k6nnen.

Kommt man in den Bereich der Vollschmierung (s. Abb.7b), so ergibt sich ein wesentlich anderes Bild. AIle Kurven verlaufen unter demselben Anstiegwinkel und es ist offensichtlich volle fliissige Reibung eingetreten. Vollig ist der EinfluB des Werkstoffs aber auch hier nicht beseitigt, denn die WeiBmetaIle nehmen infolge ihrer Warmeempfindlichkeit einen Platzwechsel vor und rucken in die obere Seite des Feldes. Es ist bekannt, daB hohere Temperaturen bei langerer Betriebszeit und besonders beim stoBartigen Lastwechsel die Dauerfestigkeit der Blei- und Zinnhaltigen Legierungen gefahrden. Nahert sich die Belastung der oberen Grenzschmierung, so tritt ebenfalls der EinfluB des Gleitwerkstoffs wieder in Erscheinung. Die Vollschmierung wird wieder unterbrochen und nun kommt der gleittechnisch bessere Werkstoff spater, der andere frUher zum Erliegen bzw. zum HeiBlauf (uber Notlauf, s. S. 125).

3. EinftuB des Werkstoffs auf den OberHiichenzustand und den Lagerlauf.

Die Prftfstandsergebnisse und die praktische Erfahrung lassen also immer wieder einen E'influB des Werkstoffs auf das Gleitverhalten erkennen, der sich je nach der Art der vorliegenden Schmierung mehr oder weniger deutlich zeigt. Die naheren Umstande seiner Einwirkung auf den Lagerlauf sind der Forschung noch vorbehalten. Dr. log. R. Kobitsch gibt hierzuin einem Dbersichtsreferat zu Reibung, Schmierung und VerschleiB von Lagerwerkstoffen eine Stellungnahme, aus der nachstehend ein Auszug wiedergegeben sei 2.

"Durch das Verschieben verzahnter Flachen - s. Abb. 8 - entstehen Verformungen und Abtragungen, da beim Verhaken Teilchen abgerissen werden und sich

1 Weber,R.: GleiteigenshaftenvonLagerlegierungen.Z.Metallke. 1940H.ll 8.384. 2 Kobitsch, R.: Erdal u. Kohle 1951 H. 1 8. 9. Reibung, 8chmierung, VerschleiIl

Obersicht tiber die Veroffentlichungen 1944/48.

10 R. Kuhnel: Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerksoffe.

neue Unebenheiten bilden. Die wirkliche Beriihrungsflache ist infolge ihrer OberfHichenrauhigkeit und des auf die Gesamtflache bezogenen Flachendrucks nur ein Bruchteil der gemeinsamen Flache (Kindscher). Holmermittelt diese GroBe aus dem Verhaltnis des vorliegenden Flachendrucks zur Harte des betreffenden 'IVerkstoffs. weil

Abb.8. Oberfliiche von LagerausguB und Welle.

als hochstmoglicher Flachendruck die Harte angesehen wird. Sowohl der Widerstand gegen seitliches Verschieben wie die GroBe des VersehleiBes hangen also von der GroBe der gemeinsamen Beriihrungsflaehe ab - d. h. vom Flaehendruek, der Oberflaehenrauhigkeit sowie von den Werkstoffen der Gleitpaarung (und ihrer Harte). Damit JaBt sich der EinfluB der Oberflachenrauhigkoit auf die GroBe der Reibungszahl aufklaren. Die zunehmende Oberflaohengiite vermindcrt anfangs die Reibung. Allmahlioh kommcn aber immer groBere Anteile der Oberflache in gegenseitige Beriihrung bis sohlieB

heh ein Haften eintritt. Die beim Gleiten eintretende Erwarmung ortlich engbegronzter Berciehe mit nachfolgendem Abschrecken hat nach Beilby. die Bildung ciner amorphen Oberflachenschicht mit hoherer Harte zur Folge. Die Arbeiten von Heidebroek iiber die Haftung des GIs an der Oberflache durch Untersuchung mit AbreiBgerat und in diesem Zusammenhang ebenfaJls mit einzugliedern. "

Die Feststellung der Oberflachenglite hat inzwischen weitere Fortschrittegemacht undesliegen schon Ergebnisse von Oberflachenmessungen mit dem Forstergerat an Gleitlagerwerkstoffen VOl'. Es lassen sich hierbei nur Liingsuntersuchungen an del' Lageroberfliiche durchfiihren, abel' diese sind besonders erwlinscht, weil neben den Bearbeitungsriefen auch die Langswellen del' Lageroberflache mit erscheinen, denen "ich del' Werkstoff bei Lauf und Einlauf anpassen muB. Die Hohe del' Riefen erscheint bei diefien rntenmchungen in del' Vergr. 1: 1000, wiihrend die Liinge 1 : 20 dargestellt ist.

Derartige Untersuchungen hat K. Longard durchgefiihrtI. Es wurde gepriift: eine Kadmiumlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine WMlO legiert, und eine Bleibronze. Die ungefahre Zusammensetzung del' einzelnen Legierungen war folgende: Kadmium: 0,75% Ag-O,5% Cu' -BIei· bronze: 300 / 0 Pb-Aluminium: je 1% Fe-Mn-8b, je 0,5% Cr,Ni-Ti; Rleilegierung: 7% 8n, 15% 8b, je I%As-Cd-Ni--O,5%Cu. Die auf dem Motorenprlifstand angewendeten Lagerschalen hatten etwa 60 mm Durchmesser und 44 mm Lange bei 0,5 mm AusguBdicke. Del' Motor wurde libel' die Welle ohne Zlindung angetrieben. Die Temperatur des Olaustritts lag zwischen 70 bis 900 C. Geschmiert wurde mit ::\Iotorenol M 573 12 Engler bei 20 0 • In weiteren Einzelheiten muB auf

1 Longard, K.: Entwicklung und Erprobung eines Pleuellagerpriifstands unter der besonderen Beriicksiehtigung der Betriebsverhaltnisse im V 8 Motor. Dissertation Stuttgart 1949, ferner Metall 51 Heft 21/22 S.480.

Gleitbedingungen in Wechselwirkung mit dem Werkstoff. 11

die Arbeit selbst verwiesen werden, in der aIle nur moglichen VersuchHgrundlagen berucksichtigt sind, die auch auszugsweise leider nicht entfernt hier angefuhrt werden konnten. Die Abb. 9 zeigt nun die Obel'flachengestalt del' vier Legierungen, von denen die oberen drei feinstbearbeitet sind, wahrend die Bleibronze schon geschliffen ist.

Bei den auf gleiche Art bearbeiteten drei Legierungen zeigen sich erhebliche Unterschiede in der Oberfliichengestaltung, die offen bar auf die Eigenart des Gleitwerkstoffs zuruckzuftihren sind.

--~-- ---- - ----------

- - -- -

--------- -Cd-Lf'git'fung.

Ai- Legit'fnng.

--------------------------------------

- -- ----~ ----PL- Legicrung.

Ph-Bronze.

ALL. O. OLerfiiichengestalt von 4 Legierungen feinstgedreht nach Langard, gemessen mit }'orstergeriit.

Die grobste Oberflache zeigt die Pb-Legierung. Versuche, die in ahnlicher Richtung von dem Versuchsamt fur Lager in Gottingen auf der in Abb. 10 abgebildeten Prufmaschine durchgefuhrt wurden, erwiesen, daB WM 80 in der gleichen Oberflachenausbildung ohne Schwierigkeit bei einem Lagerdruck von 30 kg/cm2 in 700 Stunden bei einer Lagertemperatur von 50° zum Einlauf gebracht werden konnte, wobei die Welle, deren Oberflache ebenfalls vor und nach dem Einlauf gemessen wurde, sich nicht sichtbar veranderte, also keinerlei VerschleiB erfuhr.

Nur die Blei- und Zinnlegierungen werden sich einen Einlauf bei dieser OberfHichengestalt gefallen lassen. Diese Legierungen passen sich infolge ihrer niedrigen Warmfestigkeit der Oberflachengestalt der Welle gut an und bauen Unebenheiten durch Verformung


ohne Gefahrdung des Lagerlaufs abo Innen gab Longardden Ausgiissen die Oberflache, die die nachste Abbildung 11 zeigt. Die Oberflache wurde noch geraumt. Hierbei hatte man allerdings Schwierigkeiten mit der Aluminiumlegierung und sogar auch mit der Bleilegierung. Er sagt

Ahb.lO. Prilfmaschine Gotlingen.

hierzu : "Wahrend die Kadmiumlegierung durch das Raumen eine sehr glatte Oberflache erhalt, zeigt die Bleilegienmg eme sehr erhebliche Neigung zum ReiBen, was vielleicht auf die Einlagerung der sproden Zinnantimonkristalle zuriickzufiihren ist. Die Aluminiumlegierung muBte sorgfaltig feinstgedreht werden, da das Raumen keine glatte Oberflache erbrachte." Man kann annehmen, daB der Oberflachenzustand der hier angewendet wurde, dem des eingelaufenen Werkstoffs schon sehr nahe kommt, so daB die Einformung von Welle- und Werkstoffoberflache aufeinander sich verhaltnismaBig schnell vollziehen wird, ohne daB es dabei ortlich zu unzutraglichen Temperatursteigerungen kommt. Bei der Aluminiumlegierung, die hier angewandt wurde, zeigte sich Neigung zum Fressen, obwohl die Welle aus dem bei Ford verwendeten Halbstahl mit 1,3 -1,6% Kohlenstoff bestand und eine Zugfestigkeit von etwa 80 kg/cm2 und eine mittlere Brinellharte von 300 aufwies. Die Bleilegierung versagte in Ubereinstimmung mit den Ergebnissen von Weber in der Dauerfestigkeit. Das iiberrascht nicht, denn die Temperatur des Olaustritts war ja schon, wie oben erwahnt, etwa 80° (auBerdem Lastwechsel.

Die hier gewonnenen Erkenntnisse lassen erwarten, daB bei weiterer Durchfiihrung ahnlicher Untersuchungen erhebliche Fortschritte in der Erforschung des Werkstoffverhaltens beim Lagerlauf zu erwarten sind, insbesondere wird zunehmende Genauigkeit in der Bearbeitung emp-

Die Bedeutung der einzelnen Werkstoffeigenschaften fiir den Lagerlauf. 13

findlichen Lagerwerkstoffen nochzu besserer Bewahrung verheIfen, s. Abschn. Bearbeitbarkeitl.

E. Die Bedeutung der einzelnen Werkstoffeigenschaften ffir den Lager lauf.

Wenn die Ausfiihrungen der vorstehenden Absatze erwiesen haben, daB immer wieder mit einem zusatzlichen EinfluB des Werkstoffs des Lagerausgusses auf den Lagerlauf zu rechnen ist, so wird man wissen

--~ -. -------------- ---

- - ---------------~

--- ----- ------- - --

tn s ._~ =

----

Cd-Legierung.

A.I-Legierung (feinstgedreht).

Pb-Legierung.

PI-Bronze.

Abb. 11. OberlUichengestalt der Innenlager geriiumt nach Longard.

wollen, wo man denn im Bereich der chemischen Zusammensetzung, der mechanischen und gieBtechnischen Eigenschaften und anderen nachzusuchen hat, um als Metallurge oder Konstrukteur diejenigen Werte zu finden, die fiir die Auswahl von Bedeutung sind.

1. Die chemische Zusammensetzung.

Der Durchfiihrung der chemischen Untersuchung falIt eine dreifache Aufgabe zu. Sie solI die GleichmaBigkeit der Fertigung innerhalb der vorgesehenen Streubereiche gewahrleisten, sie solI den Anteil der giinstig wirkenden Bestandteile erkennen lassen, denn danach Wird

1 S. auch H. Miikelt.: Die Anforderungen an Gleitlager, insbesondere aus Kunststoifen, 3. VDI 1952 Heft 5. S. 138.


vi elfach der Preis errechnet, und schlie13lich solI sie a uch nachweisen, ob schadlich wirkende Bestandteile innerhalb der vorgesehenen Grenzen bleiben. Lagerwerkstoffe sind meist Mehrfachlegierungen, die ein Metall als Grundstoff zu 80-90% enthalten. Man wird also nach den Normblattern greifen) und suchen, wo man in ihnen geeignete Lagerlegierungen findet, und welche Zusammensetzung sie haben. Dieses Vorhaben ist nicht ganz einfach, denn ein zusammenfassendes Normblatt fUr Lagerwerkstoffe gibt es nicht.

a) WeiBmetaIle. Die Legierungen mit Zinn und Blei findet man in den Blattern 1703 und 1728. Sie enthalten nur Lagerwerkstoffe. In den Blattern fur Leichtmetalle suchen wir vergeblich nach Lagerwerkstoffen. Es sind noch keine genormt (DIN 1725/29). Bei Zinklegierungen im Normblatt 1724 sind wir besser daran. Es finden sich zwei Legierungen, die fUr Lager und Gleitteile empfohlen werden. Fur Silber und Kadmiumlegierungen gibt es keine entsprechenden Normblatter.

b) Rotmetalle. Hier ist zunachst die Bleibronze zu nennen, die der gegebene Werkstoff fur hochbeanspruchte Lagerausgusse ist. Das DIN 1716 ist daher wieder fast nur ein Normblatt fUr Lagerlegierungen. Fur andere Gleitteile und Lagerschalen finden wir in den Normblattern 1705.1 und 2, RotguB-Bronze, vielfach Verwendungsbeispiele. Auch DIN 1714, Aluminiumbronzen, ist hier zu nennen, schlie13lich ist auch noch in DIN 1709 ein Sondermessing A fill Lagerzwecke genannt.

Fur die sonstigen Lagerwerkstoffe, wie PreBstoff, Sintermetalle, GuBeisen und Holz finden wir keine entsprechenden Angaben in Werkstoffnormblattern.

2. Die mechanischen Eigenschaften.

Man benotigt sie teils fUr die Beanspruchung der Lagerteile auf Zug und Biegung, sowie Schlag, teils fur das Gleitverhalten.

a) Zugfestigkeit. Die meisten der vordem genannten Normblatter enthalten Angaben uber Zugfestigkeitswerte, bei den eigentlichen Lagerwerkstoffblattern finden wir statt dessen Angaben liber die Druckfestigkeit. Bei den schwachen Querschnitten der Ausgusse lassen sich entsprechende Zugproben nicht herstellen. MuB man sie trotzdem anwenden, so werden sie nach einer Vereinbarung unter den Materialprufungsamtern in einer Kokille gemaB nachstehender Abbildung angefertigt.

Aus dem senkrechten Ast werden die Probeabschnitte entnommen. Die Anordnung ergibt sich aus der Abb. 13

b) Druck. Wie die Abbildung 13 erkennen laBt, sind Stauch. proben von 15 mm Rohe und Durchmesser vorgesehen. Der Versuch wird bis zum ersten AnriB, sonst bis zu 50% Stauchung durchgefUhrt,

Die Bedeutung der einzelnen Werkstoffeigenschaften fur den Lagerlauf. 15

einige Ergebnisse s. Abb. 14. Fur ruhende Beanspruchung wird die Belastung in 5 s aufgebracht und wirkt 15 s. Bei schlagartiger Beanspruchung fallt ein Bar von 30 kg aus 0,5 m Hohe.

11-1:8 Abb.12. Gie13form fftr Probegu13stiicke.

Druckprufungen in der Warme werden durchgefuhrt. Ergebnisse enthalt TeiI II, S. 70 .

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Abb.13. Anordnung der Zug-, Biege- und Druckproben bei Lagerausgiissen.

e) Biegefestigkeit. Biegeprufungen werden an Ausgussen und Schalen seltener ausgefiihrt. Man benutzt dann die Proben gemaB Abb. 13. Dauerbiegepriifungen haben Werte von 1 bis 3 kg/mm2 ffir WeiBmetalle erbracht, also sehr niedrige Zahlen, die aber nicht so ungunstig in Erscheinung treten, wei! ja wenigstens bei dunnen Ausgussen die Schale stets mittragt.


Schlagbiegeversuche auf dem Pendel- oder Dauerschlagwerk sind nur sehr selten durchgefiihrt worden, dagegen haben sich Thum und Strohauer bemiiht, die schlagartige Belastung des Ausgusses in der Maschine nachzuahmen. Sie haben dafiir die bereits in Abb. 4 beschriebene Priifmaschine entworfen und Wohlerkurven fiir den Lagerwerkstoff ermittelt, die in der Abb. 65 ersichtlich sind.

Die Dberlegenheit des hochzinnhaltigen Lagerwerkstoffs ist erkennbar.

d) Hlirte. Die bisher beschriebenen Priifverfahren hatten den Nachteil, daB zur Entnahme des Probestiickes der AusguB oder die

z 110 kg/mm

35

t: 10

5

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Schale zerstort werden muBte. Die Hartepriifung erlaubt uns nun, neben der Entna Priifabschnitte auch an der fertigen

hme besonderer Schale oder am . Daher hat sie ung die groBte

AusguB Untersuchungen vorzunehmen als gleichzeitig zerstorungsfreie Priif Anwendung bei den Lagerwerkstoffen

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gefunden. Zudem sind von ihren Ergebnissen noch Schliisse auf andere Eigenschaften des

Abb.14. Druckfestigkeit von Lagermetallen nach Czochralski-Welter. Werkstoffs moglich, ins

besondere auch auf Druckfestigkeit, Verformbarkeit, Bearbeitbarkeitund VerschleiB. Selbst ein Zusammenhang mit der Lauffahigkeit ist vorhanden, denn es trifft zu, daB Lagerwerkstoffe unter etwa 30 Brinell -infolge dieser geringen Harte und guten Verformbarkeit - auftretenden Kantenpressungen besser gewachsen sind als solche mit einer hoheren Harte. Sie werden auch in der Regel die Welle weniger angreifen. Die Hartepriifung wird nach DIN 1605 durchgefiihrt, und zwar meist mit einer Kugel von 10 mm Durchmesser bei 250 kg Druck. Eine Belastungsdauer von 3 Min. ist bei den weicheren Lagerwerkstoffen notig, weil diese stark nachflieBen. Man ist vor Ablauf dieser Zeit nicht sicher, daB man das Gleichgewicht zwischen der Bewegung der eindringenden Kngel und dem sich darunter verformenden Werkstoff erreicht hat. Bei Bandern kann die Anwendung der Vickers- oder Rockwellpriifung angebracht sein; Werte dafiir sind aber noch nicht festgelegt. Bei stark nachhartenden Lagerwerkstoffen wird man moglichst erst nach 24 Stunden priifen.

Warmhartepriifung: Sehr wesentlich fiir die Bewertung und Auswahl ist das Verhalten des Lagerwerkstoffs in der Warme. Leider enthalten nicht aIle Normblatter von Lagerwerkstoffen Angaben dariiber. Ein besonderes Normblatt fiir die Durchfiihrung der Warmhartepriifung ist entwickelt worden, und da es sich in dem Taschenbuch der Werkstoff-

Die Bedeutung der einzelnen Werkstoffeigenschaften fur den Lagerlauf. 17

normen noch nicht findet, so seien hier einige Angaben daruber gemacht. Wie die Abbildung zeigt, wird am Harteprufer ein elektrisch geheiztes blbad angebracht, das an der Unterlage nach der Prufmaschine mit einer warmeisolierenden Platte versehen ist. Dadurch wird der Warmea bfluB be-

Probe

meter

hindert und die Temperatur leichter gleichmaBig gehalten. Die Warme des Bades kann mit einem fur Temperaturen bis 250 ° geeigneten Glasthermometer nachgepruft werden. Die

Wdrme- nachste Abbildung gibt uns nun bad einen Uberblick, wie die einzelnen

Gleitwerkstoffe sich bei ansteigender Warme verhalten.

Abb. 15. Warmhiirtepriifgeriit. nach DIN 50132.

Es sind hier altere Ergebnisse zusammengestellt, wobei von jeder Werkstoffart eine kennzeichnende Legierung ausgewahlt wurde. Hierbei muB berucksichtigt werden, daB die

Angaben uber Warmhartewerte vielfach stark streuen. Das ist darauf zuruckzufuhren, daB entweder Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung beim gleichen Legierungstyp vorlagen und auch, daB wahrscheinlich beim Anwarmen ffir die Prufung verschieden lange Zeit verging. Die hier zusammengestellten Werte sollen daher mehr das grundsatzliche Verhalten des betreffenden Legierungstyps darstellen.

1m unteren Teil des Kurvenbildes liegen die WeiBmetalle, die von ihrer an sich nicht sehr hohen Harte von 20-30 bei Erwarmung schnell abfallen, so daB sie bei 60-80° etwa die Halfte ihrer Harte schon verloren haben; anscheinend pass en sie sich aber gerade in dies em Zustand den Unebenheiten der Welle besonders gut an. Daruber hinaus aber werden sie zu weich, und zermurben zu schnell; sei es bei hoherer, ruhender oder bei schlagartiger Belastung. Den WeiBinetallen am nachsten kommen dann die Kadmiumlegierungen. Sie haben zwar schon eine hohere Ausgangsharte von 30-40, erweichen aber schnell und befinden sich bei 50° im Zustand guter Verformbarkeit, ohne jedoch bei h6herer Temperatur zu weich zu werden. Daher bilden sie ein aussichtsreiches Lagermetall. Einen etwas anderen Verlauf nimmt die Warmhartekurve der Bleibronze mit 25-30% Pb. Ihre Ausgangsharte ist fast die der WeiBmetalle, in der Warme verliert sie aber wenig davon, so daB die Kurve nur einen geringen Abfall zeigt und die Kurven der Kadmiumlegierungen kreuzt. Bleibronze ist ein gesuchtes Lagermetall fur hohere Temperaturen, und hohere Lagerbelastungen. Al1e weiteren Lagermetalle weisen nun uberwiegend hohere Ausgangsharten auf. Die hier abgebildeten Leichtmetallegierungen liegen in der Ausgangsharte

2 Kilhnel, Gleitlager. 2. Auf!.

18 R. Kiihnel: Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe.

zwischen 40-50, verlieren aber in der Warme wenig an Harte, verhalten sich also ahnlich wie die Bleibronze. Neuerdings strebt man aber auch hier Legierungen mit einer Ausgangsharte von 30 an - s. den Absatz Leichtmetalle -. Zinklegierungen mit emem Zinkgehalt von etwa 70-80%, etwa 2-9% Zinn, etwa 5 0/ 0 Kupfer und etwa 3% Blei beginnen mit einer Ausgangsharte von 70; bei 50° senkt sie sich auf etwa 50 und bei 100° auf etwa 38-45. Die Kurve beginnt also etwa in der linken oberen Ecke, urn dann parallel den Kadmiumlegierungen abzufallen. Zinklegierungen sind also schon Lagerlegierungen die bei geharteter Welle nur noch bei maBigen Geschwindigkeiten mit Erfolg anzusetzen sind, sehr gute Bearbeitung bleibt dabei Voraussetzung. Rotmetalle und hart ere Bleibronzen haben ahnliche Ausgangsharten und hohe Warmharte. Flir ihren Gebrauch als Lagerwerkstoffe gilt das gleiche ~ie

O~z.~~---5.~O-----!.~W~--~~~~ TemperllfIJr

Abb. 16. Warmhiirte von Lagermetallen.

fUr die Zinklegierungen. GuBeisen hat als perlitisches Eisen eine hohe Harte von 180 Brinell als Mindestwert. 1m Abschnitt GuBeisen ist ausgeflihrt, wie trotzdem unter Beachtung der flir diesen Werkstoff gegebenen Voraussetzungen im praktischen Betriebe eine erfolgreiche Anwendung gegeben ist. Die Harte wird in der Warme kaum nennenswert abfallen.

Die Kenntnis der Warmharte ist also flir die Bewertung und Auswahl der Gleitlagerwerkstoffe eine unerla.Bliche Voraussetzung.

e) VerschleiBfcstigkeit. Die Beziehungen zwischen Harte und VerschleiBfestigkeit werden viel bestritten. Sie sind aber zweifellos auch bei den Lagerwerkstoffen vorhanden. Erkennbar sind sie allerdings nur dann, wenn die Versuchsbedingungen entsprechende SchluBfolgerungen erlauben. Wenn beispielsweise ein Versuch bei Grenzschmierung und ein anderer bei Vollscnmierung durchgefiihrt wird, so fallt eine Vergleichsmoglichkeit aus. Vielfach wird das nicht genligend berlicksichtigt, und dann lassen sich natiirlich keine Schliisse auf die VerschleiBfestigkeit


ziehen. Die VerschleiBfestigkeit wird fUr den wirtschaftlichen Betrieb einer Maschine sofort wichtig, wenn sie nicht mehr in richtiger Beziehung zum VerschleiB der Welle steht. Aber auch der Fall, daB der AusguB zn friih verschleiBt, ist sehr unerwiinscht, denn es ist nicht so einfach, den fehlenden Querschnitt zu ersetzen. Macht man den neuen AusguB entsprechend dicker, so verringert sich seine VerschleiBfestigkeit, versucht man die Welle entsprechend zu verdicken, so hat das auch seine Schwierigkeit. Dabei ist noch darauf hinzuweisen, daB auch die Kosten haufigeren Ersatzes zu beriicksichtigen sind. So hat man beispielsweise in Zeit en der Rohstoffnot WM10 fUr Lokomotivlager anwenden konnen, abel' die Kosten fiir haufigeren Ersatz waren doch so hoch, daB WM80 wirtschaftlicher war. In den Einzelabschnitten finden sich daher Angaben iiber die VerschleiBfestigkeit. Hier sei als allgemeine Dbersicht im nachstehenden Bild das Ergebnis von Ver

'If)r-------------...,-----, mm. Zn.-At4-Cu1 Zn.-At10-Cu1 WMBDf '10-oJ

JO I--------+---{'

Pl!ospnorbronze

Abb.17. VerschleiB von Gleitlegierungen nach R. Weber.

Zahlentafell.

suchen gegeben, das R. Weber bei Versuchen mit einer Gleitgeschwindigkeit von O,lm/sec. ge-wann.

Die chemische Zusammensetzung und die Hartewerte enthalt die nachstehende Zahlentafel.

Chemische Zusammensetzung und Harte der von R. Weber auf Verschleif3 gepruften Gleitwerkstoffe.

Gleltwerkstolf I G ZnA14 Cn 1 G ZnAllO Cn 1 Ph!)sphorbronze WMIO WM80

Harte HB I 77 91 102 22 25

Einen sehr wesentlichen Beitrag zu der Frage der Gewinnung von VerschleiBwerten auf dem Priifstand gibt nun K. Longard. Er untersuchte den VerschleiB einer Kadmium-, einer WM 10-, einer Aluminiumlegierung und einer Bleibronze sowohl auf der VerschleiBpriifmaschine wie auf dem erwahnten Priifstand und kam zu folgendem Ergebnis: Ein Vergleich der auf dem Priifstand gewonnenen Ergebnisse mit denen der Siebel-Kehl-VerschleiBpriifmaschine zeigt, daB Untersuchungen auf letzterer zwar wertvoll und richtungweisend, aber nicht entscheidend fUr die Beurteilung des VerschleiBes von Lagerwerkstoffen in bestimmten Fallen sein konnen. So ergab die Aluminiumlegierung auf der VerschleiBpriifmaschine ein vollkommen anderes Bild wie auf dem

2·

20 R. Kiihnel: Prufung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe.

Priifstand. Das ist wohl darauf zuriickzufiihren, daB bei der VerschleiBpriifmaschine eine ganz andere blzufiihrung besteht, s. auch S. 10.

f) Bearbeitbarkeit. VerschleiB und Bearbeitbarkeit stehen in Beziehung zueinanderl, und zwar wird ein gut bearbeitbarer Werkstoff in der Regel weniger verschleiBfest sein als ein schwer bearbeitbarer. Der Einlaufvorgang ist einem Bearbeitungsvorgang sehr ahnlich. Opitz und K. Emscher2 auBern sich hierzu wie folgt: "Aufgabe der mechanischen Vorbearbeitung ist es, eine Glattung der Oberflache herbeizufiihren, so daB ein moglichst groBer Teil derselben zum Tragen kommt. Die spezifische Flachenpressung hangt bei gleichen Laufverhaltnissen Yom Traganteil der Oberflache abo Durch die Gleitbeanspruchung wird dann zusatzlich eine Glattung der Oberflachen veranlaBt. Neben plastischer Verformung werden Gefligeanteile, die zu weit herausragen oder die bei der Bearbeitung gelockert wurden, herausgerissen. Den hierbei gebildeten VerschleiBstaub muE das Schmiermittel mit sich und abfiihren. Zum groBeren Teil wird er sich wohl dabei in die Randschichten der Laufflachen eindriicken und von hier aus das Gleitverhalten beeinflussen." - Man ist versucht, bei solchen Betrachtungen an die Ausfiihrungen von W. Burkhart 3 zu denken. Er bezeichnet das Polieren als eine Art der Bearbeitung, bei der Oberflachenunterschiede nur noch durch Verformung ausgeglichen werden, wahrend beim Schleifen noch ein Spanabheben stattfindet. 1st zu grab geschliffen, so kann das Polieren die Fehler des Schleifens nicht mehr ausgleichen. Etwas Ahnliches wird flir die vorbereitende Bearbeitung der Lagerwerkstoffe flir den Einlauf gelten. Sind sie gut verformbar, so gleichen sie die Oberflache des Ausgusses beim Einlauf der der Welle gut an, ohne daB ein Spanabheben und dam it eine Gefahrdung des Laufs eintritt. Liegt aber eine hohere Harte vor, so tritt Verformung nicht mehr im erwiinschtenAusmaE ein und der Einlauf wechselt vomPoliervorgang zum Schleifvorgang iiber. Es tritt Spanabheben ein und der Lauf wird gefahrdet. Man muE daher bei der Vorbearbeitung empfindlicherer Lagerwerkstoffe moglichst schon zum Polieren schreiten, damit sich nachher der Einlauf als polierender und nicht als spanabhebender Vorgang vollzieht.

g) Warmeleitfahigkeit. Hier sei auf die Ausflihrungen auf S. 95 verwiesen.

3. Die metallurgischen Eigenschaften.

Die Lagermetalle werden in Blockform in den Handel gebracht. Aus den Blocken werden dann sowohl in der Weiterverarbeitung bei den

1 Riihnebeck, A.: Eine neue Hochleistungsautomatenlegierung als Beispiel fur die Anwendung der Gleitlagererfahrungen auf den BearbeitungsYorgang, Metall 1951 H.21/22 S. 486.

2 Gleitfiihrungen aus GuBeisen und Kunststoffen. Der Betrieb 1942 H.7· 3 Burkhart, W.: Schleifen und Polieren. Metall 1951 H. 11 S. 250.


Huttenwerken wie auch bei ~Iaschinenbauanstalten und Verkehrsbetrieben Lagerausgusse hergestellt. Es haben daher sowohl Erzeuger wie Verbraucher Interesse an den gieBtechnischen Eigenschaften der metallischen Lagerwerkstoffe.

a) Schmclzpunkt. Je niedriger der Schmelzpunkt eines Lagermetalls liegt, des to einfacher wird die Schmelzvorrichtung, desto geringer der Abbrand, desto geringer auch die Zusammenziehung beim Erstarren auf der Lagerschale. Die WeiBmetalle und die Zink- und Kadmiumlegierungen erfullen diese Forderung in erster Linie, da ihr Schmelzpunkt bei ;ZOO bis 400° liegt. S. auch S. 121.

Die Beobachtung der Erstarrungsvorgange hat uns nun gelehrt, daB J51J es bei Legierungen nicht DC einen Schmelz- bzw. )00 Erstarrungspunkt, son-251J dern einen Erstarrungs-~

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der hier in Frage kommenden Legierungen ein wenig vertraut zu machen. Das kann in

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Abb. 18. Erstarrungsschaubild Blei·Zinn nach Ho,nsen. geschehen. Fur die WeiBmetalle genugt die Betrachtung des Erstarrungsschaubildes der Legierung BIei-Zinn, s. Abb. 18. Es ist dem Handbuch BIei- und BIeilegierungen 1 - entnommen.

Zinnreiche Legierungen schmelzen fruher und sind heiBlaufempfindlicher wie bleireiche Legierungen. Der Erstarrungsbereich wird durch eine untere Linie bei 183° abgegrenzt, und es ist fUr das Verhalten der hochbleihaltigen Legierungen zu beachten, daB diese Linie ab etwa 20% Zinn noch wesentlich abfallt bis unter 150°. Es ist damit zu rechnen, daB auch unterhalb dieser Linie noch Umwandlungen im festen Zustand stattfinden, die zum Harteverlust fUhren. Je niedriger die untere Erstarrungslinie liegt, desto groBer ist die Wahrscheinlichkeit, daB schon bei geringer Erhohung der Lagertemperatur Veranderungen im Aufbau vor sich gehen, die einen erheblichen Verlust an Harte und Dauerfestigkeit bedingen.

Das nachste Schaubild zeigt die Erstarrungsvorgange bei der Legierung Zink-Aluminium. Auf der Zinkseite sehen wir eine untere

1 Hofmann, TV.: Handbuch BIei und BIeilegierungen. S. 62 Abb. 87. Berlin: Springer 1941.

2a


Erstarrungslinie bei 2i2°. Legierungen fiir Lager enthalten meist etwa 10% Aluminium. Sie liegen abo imBereich dieser I~inie. Die Warmhiirte der Zinldegierungen £alIt wie bekannt- s. Abschnitt Warmhiirte - bei geringer Erhohung der Lagertemperatur auch steil abo Anders ist dies auf der Aluminiumseite, und wir haben im Abschnitt Warmhiirte erfahren, daB die Warmhiirte der Al umini umlegierungen sehr viel langsamer a bfiiIlt.

SchlieBlich sei noch das Erstarrungsschaubild der Bleibronze be-

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(jew.- % Abb.l I). Erstarrungsschanbild, Zink-Aluminium nach Burkhardt.

trachtet 1, S. Abb. 185. Rlei und Kupfer legieren sich nicht, sondern mischen sich nur. Das fiihrt zu erheblichen GieBschwierigkeiten. Wir finden zwar hier noch einen unteren AbschluB des Erstarrungsvorgangs bei 326°, doch sind wesentliche kristalIinische Umwandlungen nicht zu erwarten. So kommt es, daB die Hiirte der Bleibronze bei Steigerung der Lagertemperatur nicht wesentlich abfiilIt.

b) Diinnfliissigkcit. Eine gewisse Mindestdiinnfliissigkeit des Werkstoffs ist not wen dig, wenn man einwandfrei diinne Ausgiisse erzielen will. Zur Erprobung kann man eine Keilkokille 1 verwenden, in die der Werkstoff nach dem Schmelzen eingegossen wird, wobei er sie moglichst bis zur Spitze ausfiillen solI. Auch die Anwendung einer Spiralkokille ist moglich. Eine Beschreibung der Form undAnwendung dieser Kokille gibt N. Ludwig2. Auf die Vorwarmung der Kokillen ist zu achten, sie muB der Vorwarmung der eisernen LagergieBform angepaBt werden.

c) SchwindmaB und Bindung. Zur Ermittlung des SchwindmaBes ist DI~ DVM.A.131 vorgesehen. Hier sind die Bedingungen fiir das Schmelzen und VergieBen des Werkstoffs, des sen SchwindmaB bestimmt werden solI, festgelegt, damit stets vergleichbare Ergebnisse erzielt werden konnen. Die dabei anzuwendende Kokille zeigt die Abb. 20.

Von der Mitte her werden etwa 20 ccm der Schmelze eingegossen. Von oben her ist die Kokille durch ein Blech abzudecken, damit die Erstarrung moglichst gleichmiiBig erfolgt. Je groBer der Unterschied

1 GieBkeilprobe zur Ermittlung der Erstarrungseigenschaften. V.d.G. Merkblatt GieBerei 1951 H.2 S. 40.

2 Ludwig, N.: Spiralkokille fiir die Ermittlung der GieBfahigkeit von Lagermetallen-Werkstatt u. Betrieb 1950 H.8 S.372. S. auch Abb. 41.

Die Bedeutung der einzelnen Werkstoffeigenschaften fur den Lagerlauf. 2:~

im SchwindmaB ist, desto groBer ist die Gefahr, daB sich der EinguB beim Erstarren von der Lagerschale wieder ablost, selbst wenn durch Lotung und Verklammerung fiir den Halt des EingusKes schon erste Vorsorge getroffen ist. S. auch S. 51-61 und 104.

Die Nachpriifung der Bindung ohne Zerstorung der Lagerschale erfolgt am einfachsten durch die Klangprobe, die auch in den Lieferbedingungen der Bundesbahn vorgesehen ist. Bei Bleibronzen wendet man vielfach die Rontgendurchleuchtung an, weil sich herausgestellt hat, daB Stellen von Bleianhaufungen, die im Rontgenbild gut erkennbar sind, auch auf Bindefehler hinweisen 1. Auch mit Ultrmichall sind zerstorungsfreie Untersuchungen

Abslond der formendfliiclien t--21' 100'42----

Ma8.stub M,5

Ahh.20. Gid3form fUr SclnvindmaJ3bcstimnllmg.

gerschalen zerstoren, so laBt sich die Druck- und BiegeverRuche nachweisen.

von Lagerschalen auf Bindefehler durchgefiihrt worden. L. Bergm.ann 2 schreibt dazu: die Lagerschale liegt in einem Oltrog, der um eine senkrechte Achse drehbar ist. Zwei Rohre, an deren unterem Ende sieh Schallgeber und -empfanger befinden, werden dabei gleichzeitig mit einer LeitKpindel auf- und abwarts bewegt, so daB der Schallstrahl die Lagerschale in einer Schrnubenlinie ab-taRtet. Kltnn man die La

Giite der Bindung auch durch

d) Grob- und Feinaufbau. Die meisten Lagerlegierungen hahen ein niedrigRchmelzendes und leichtfliissiges Eutektikum. Wahrend der Erstl1rrung konnen nun Rewegungen dieses Schmelzerestes gegeniiher den bereits entstandenen Mischkristallen stnttfinden, die zu einem Absaugen der Restschmelze fiihren. Dabei entstehen feine HohlRtellen, die die Dauerfestigkeit herabsetzen. Mitunter sind sie dem Auge noch Richthar, mitunter sind sie nber nuch mikroskopisch klein. Entmischungen konnen eben falls eintreten, besonders sind Rie bei hochbleihaltigen Lagermetallen und bei Bleibronze zu befiirchten. Bei diinnen Ausgiissen und bei KokillenguB sind derartige Schiiden nm wenigsten zu erwnrten, weil

1 Keil, A: Bcmerkungen zur Gie3ereikontrolle von Bleibronzelagern. Z. f. Metallkde. 1950. H. 10 S. 325.

2 Bergmann, L.: Anwendung von Ultraschall bei der Werkstoffprufung. Z. VDI 1950 H. 25 S. 711.

2a*

24 R. Kiihnel: Priifung und Bewertung der G1eitlagerwerkstoffe.

die schnelle Er~tarrung Imine nennens\\·erte Veriinderung der tleh IIlelze zuliiBt, so daB ein gIeichmiiHiger und feinkiirniger Aufbau enbteht.

Oftmals wi1'd die Frage e1'iktert, oil ~chlllierendeHestandteile illl KristaJlaufb,tll yorhanden sein sollen . tlolche schlllierende Wirkung i .~t

von den Bleikris taJlen in del" Bleibronze anzunehmen. Grafit gehort ZlIll.I Aufbull des grauen UuBeisem; und e1' wird hier sicherlieh eine sch III ierende Wirkllng hervorbringen. Eigenartig ist, daB nieht die GuBeiFt'Il-

c ..

-' .. .

AillJ. :21a. Blei- und ]{adlHiumi(\g il'rtlTl):,! fein~tgedreht X 200 (o hen: llieilegit.:'rung; nntt'n: i\:adIlIiul1ll egicrung).

soriell mit langen unci groben Grafitbliittern sich als bei-ionder:; gllt e Gleitstoffe erwiesen haben, Konciern gerade die mit Imrzen und kleinen Hliittern , also Ge22 unci Ge26. Andere n M etallegierungen wird kiin.,:tlieh

ZUlI1 Zwecke der besseren Schmierllng CI'1l.fit beigelllischt, so delll Gittermetall, einer I~leizinnlegierung. Auch bei Leichtllletallen und Sinter-


legierungen kennt man einen besonderen Grafitzusatz . Derartige Legienlllgen mtissen aber beim Erhitzen sehr vorsichtig behandelt werden, sonst entmischt sich der sehr leichte Grafit, steigt an die Oberflache und ist im Gefiigebild nicht mehr nachzuweisen. Die schmierende Wirkung bleibt dann nattirlich ausl.

Uber den EinfluB des GieBverfahrens - steigender und fallender GuB sowie Druck- und SchleuderguB - auf die Gefiigeausbildung berichtet Fr. Richter 2.

Weiterhin wird illllller wieder die Frage erortert, ob harte Kristalle in weicher Grundlllasse den besten Aufbau fiir eine Lagerlegierung bilden odeI' auch umgekehrt - weiche schmierende Kristalle in hiirterer Grundmasse. Zu letzterer Frage ist schon Stellung genommen, zur

. . ' . .. . ' . :

.. =:.~-: .... ~';~ . ... " ...... . . ' " . , .... . ' .J" ~ .~~ ..

- .. : , "-_ \ .. : . "'Y O,

.\ .hl>. 2Jb. J\Je ihromc gcschliffcn (links), Aluminillmlejl;ierulIg fcins tgedreilt X 200 (rechts ).

ersteren sei folgendes bemerkt: K. Langard hat neben den Oberflachenmessungen mit dem Forstergerat, tiber die schon berichtet ist, die Gefiigeausbildung der von ihm angewendeten Gleitstoffe in senkrechten Schnitt zur I.auffliiche geprtift. Die Schliffproben wurden yorher verkupfert, um die Oberflache gegen einen hellen Hintergrund moglichst deutlich erscheinen zu lassen und auBerdem ein etwaiges Ausbrechen an der Schnittlmnte zu vermeiden. S. S. 10.

Die Abb. 21a zeigt das Schliffbild der Bleilegierung und das del' Kadmiumlegierung unten-feinstgedreht.

I Winkelm.a.nn, H.: Neue selbstschmierende Werkstoffe fiir den Maschillenbau Z. f. Metallkde., 1950 H. 23/24 S.504.

2 Richter, Pr.: Uber den Einflul3 von steigenden und fallenden Gusses sowie von Druck und Schlcudergul3 auf die Ausbildung des Feingcfiiges von Lagerwerkstoffen: Werkst. 11. Betr., 1950 H. 10 S. 443.

26 R. KHhnel: Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe.

Die Abb. 21 b gibt das Aussehen der geschliffenen Bleibronze und der gedrehten AI-Legierung wieder.

NUL' bei den Schliffbildern Abb. 21 a lmnn m,1n noch herau",ragende tragende Kristalle erkennen.

Abb.22<1. IHei- und Kl.tdmillm-J~eg ierung gcriinmt X 200 (links: llieilegierung. rechts: Kadtninnllcgicrung).

Die nun folgenden BHder zeigen eine Oberflache mit Feinstbearbeitung, wie sie clem eingelaufenen Gleitlagerwerkstoff ungefahr entspricht, Die Abb. 22a zeigt links wieder die Bleilegierung und rechts die Kadmiumlegierung - beide geraumt.

' ~-... . - ...... .... ".- •. ~

-.-

. .,;. -:~ -

-'> --.~ ~-:. , -

" - .. ' '\ _ -.. -

Abh. :2iu. Hl cjlJronzc gerii.lImt X ~OO (links). AlurninilimlegicfuIlJ:! Illit Diamant feinstl-(e,\rcht X 200 (rechts).

In Abb. 22 b sehen wir die Bleibronze geraumt, die AI-Legierung feinstgedreht.

In beiden Fallen ist eine weitgehende Einebnung eingetreten, so daG man herausragende tragende Kristalle nicht mehr erkennen kann.

Darstellung von Priifungs- und Erfahrungswerten der Lagerwerkstoffe_ 27

v. Schneider kommt1 ) ebenfalls zu dem SehluB, daB sich die Hypothese von den tragenden Kristallen heute wohl kaum noeh aufrechterhalten laBt. Es sei noeh darauf hin- kg/mm.2 gewiesen, daB gut vorgear- 000,.......---.---,---,----,--, beitete Gleitflaehen bei Ver-groBerung von 200 - wie hier - sich doch reeht er- 500f----"'---+---+-1---t-----+---l

heblieh von dem groben Bilde & ClL3Sn }/20'f, eu 800;' Sn) unterscheiden, das man sich llClL6S~ 0, ° im allgemeinen von den Ober· qOO I

flaehenrauhigkeiten von Aus-guB und ·Welle mach t - vgl. ~ ~!Jer If; bo//renfOi>mige KrifllJ//lJrf

Abb. 8 S.IO. In diesem Zu- ~JOO----\--f=----=-_ClL2Sb/¥O%CU,50%Sb,l?esIPb) ~ , I I

sammenhang sei noeh auf ~ !hermif;rllnc//ic/!e KrisflJ//lJrI Abb. 23 hingewiesen. Hier I gibt W. H offmann2 eine Dber- 200--t:;::AS(10%~S, Resf Pb) sieht liber die Harte der ;;;=- Sb-ASoHsc,.Mr;sm//(q%Sb.4%As,l?esiPb) tragenden Kristalle in vVeiB- Sb(20%Sb, RBS~ Pb) metall-Legierungen. Sie wird 100 - SbSn(12%Sb,12%Sn,RBSi,Pb)

8ahnmeloff;Pbl Ca. I m. VY. aueh von denen der PbTe Balir7melo//.-8/eimisc/!/rrisllil/

Zink- und Aluminium-Legierungen nieht nennenswert li bertroffen. Zur Gefligeausbildung der Bleibronzen bemerkt das Kupferinstitut3 :

o !hermIT; 8/eimiscltlrrisllJ//

10 20 30 [indrllc!rdi(]gon(]/e

Abb.23. Mikrohiirte der Gefiigcbestandteile von "reiBmetallen nach Rapp u.Hanncrnann.

"Bei Lagern fUr hoehste Ansprliehe, besonders Flugmotoren, hat sieh nach del' heute allgemein herrsehenden Auffassung eine feine GefUgeausbildungals liberlegen erwiesen. Vereinzelt findet sieh die Auffassung, daB ein feiner dendritischer Aufbau dem vollig gelosten kugeligen Aufbau vorzuziehen ist. Diese Auffassung findet aber in den praktisehen Ergebnissen keine Stlitze."

F. Zweckma8ige Darstellung von Priifungsund Erfahrungswerten der Lagerwerkstoffe.

Die Veroffentliehungen liber Gleitlagerwerkstoffe sehlieBen Yielfach mit einer tbersieht libel' die erzielten Ergebnisse ab, die die Auswahl erleiehtern solI. Entweder werden Zusammenstellungen bestil1lJllter

1 Schneider, V.: Die Nutzflachenhypothese bei Metall-Legierungen fiir Gleitzwecke. Metall 51 Heft 21/22, S.490.

2 Hottmann, TV.: Blei und Bleilegierungen. S.209. Berlin: Springer 1941. 3 Bleibronzen als Lagerwerkstoffe. Heft des Deutschen Kupferinstituts Berlin

W.50.


Werkstoffeigenschaften gegeben oder es sind die zuHissigen Belastungsgrenzen vermerkt. Die Arten der Darstellung sind yerschieden. Teils werden Tafeln zu,;ammengestellt, teils zieht man zeichnerische Darstellung YOI'. Einige Beispiele mogen das zeigen. Schon YOI' etwa emem

bei Dauer-betrieb

p kg/em'

hochstens

8

8

10

10 12 15 40 50 80

40 50 80

100

Zahlentafel2. Ubersichtstafel fiir Belastungen und JVerkstofje im Hartzerkleinerungsbau.

Belastungen I bei zeit-weisem

lIe-Werkstoffe llemerkungen lastungs-

wechsel p p

m/sec kg/em' hochstens hochstens

1 15 SonderguBeisen fiir Es ist wegen hiiherer Lagerschalen Harte des Ge mit griiBere r

Abnutzung der "relle zu rechnen

{ 2 15 WM 5 oder Umstell- Wellenwerkstoff wird 3 werkstoff mehr angegriffen als be

hochzinnhaltigem Ausgu B

{ 2 20 WM 10 oder Umstell- Ab v = 4 Kiihlung 5 werkstoff vorgesehen

2 25 WM 80 fiir Sonderfiille, bei Kiihlung 7 36 denen Umstellwerkstoffe

10 40 noch nicht erprobt sind Druckiil und Kiihlung 1 80 Bl-Bz 8 oder Umstell- Ab p = 50 kg Kiihlung 1 150 werkstoff vorsehen 1 200 Kiihlung durch durch-

bohrten Zapfen 1 80 GBz 10 oder Umstell- Kiihlung, wie vor, fiir 1 150 werkstoff hammernde 1 200 Beanspruchung

2 bis 0,5 150 GBz 14 Nur fiir Spurlager

reichlichen Jahrzehnt wurde das DIN-Blatt 1703U geschaffen, das in neuerer Zeit durch das Blatt 1728 ersetzt wurde. Das erstere Blatt sollte dem Konstrukteur eine RichtIinie fur die Auswahl unter den I .. egierungen sein, die bei der damaligen Rohstoffknappheit und dem damaligen Stand der Erkenntnis zur Verfugung standen. Unter diesem Gesichtspunkt sind die hochbleihaltigen Legierungen, die sich zwar untereinander noch erheblich unterscheiden, aber letzten Endes doch demselben Typ angehoren, besonders ausfiihrIich und zahlreich angegeben. Das neuere DIN-Blatt 1728 hat sich dem ii.lteren Blatt fast vollig angeschlosseu. Es genugt aber den heutigen AuswahlmogIichkeiten nicht mehr, denn inzwischen haben sich ziemlich viele andere Gleitwerkstoffe metallischer und nichtmetallischer Art einAnwendungsgebiet erobert. Die Gruppe D4a

Darstellung von Priifungs- und Erfahrungswerten del' Lagerwerkstoffe. 29

im FachnormenausschuB fUr Materialpriifung hat es iibernommen, ein solches Ubersichtsblatt aufzusrellen. Bis zum SchluB der Abfassung dieses Berichts lag es aber noch nicht vor.

Nun war schon vordem erwahnt, daB sich auch Angaben iiber Belastungsgrenzen fiir den jeweiligen Werkstoff im Schrifttum finden. Hier sind einigermaBen genaue Werte aber viel schwieriger zu geben als bei den Werkstoffeigensehaften. Es finden sieh daher iiberwiegend nur allgemeine Angaben, wie: zulassig fiir leiehte, mittlere oder sehwere Belastung. In den Normblatt-Richtlinien fiir Sehmierstoffe - Normalschmierole - DIN 51 501, Januar 1952, enthalt die zweite Seite unter Betriebsbedingungen Angaben ii bel' Belastungsgrenzen, und zwar: leicht bis 10 kgjcm2, mittel bis 80 kgjem2, schwer iiber 80 kgjem2. Aueh fiir Einzelfalle finden sieh im Sehrifttum und in den Absatzen II und III dieses Buches An-

Zahlentafel 3. Beanspruchung von K unstharzbuchsen im Laufkran 20 t, Spannweite 23,6 m.

Fliiehen-pressung

p in kg/em'

Gleitgesehwin

digkeit V in m/see

gaben. AuBerdem sei Laufradbiichse ............ . Vorgelegewelle zum Kranfahr-

auf folgendes hin- werk: Biichse am Ritzel gewiesen: die VD 1. - Laufkatze: Laufradbiichse ... Richtlinien1vonErkens enthalten eine Zalilen-tafel fiir zulassige S9nstige Biichsen .......... .

Belastungen und Ge-seh windigkeiten im Hartzerkleinerungsbau die von Gottschalk aufgestellt tafel 2 wiedergegeben ist.

80 0,31

16,8 0,45 58,5 0,155

2 0,51 47 0,024

0,21 2 44,3 0,18

7,1 0437

und III Zahlen-

Leider findet sieh in den Riehtlinien nur diese eine Zahlentafel. Eine weitere kann als Zahlentafel 3 fiir die Verwendung von Kunstharz im Kranbau naeh Barner2 angegeben werden.

SehlieBlieh gibt noeh G. Niemann3 in der Hiitte Belastungstafeln fiir ausgefiihrte Gleitlager an, und zwar fiir WeiBmetalle, Bleibronze und GuBeisen, die einen Anhalt fiir die zulassigen Belastungs- und Gesehwindigkeitsgrenzen geben. Zahlentafel 4 enthiilt zunaehst diese Angaben fiir WeiBmetalle.

Vielfaeh konnte nieht angegeben werden, um welehe Art von WeiB-

1 Erkens: Grundlagen undRichtlinien fiir die Gestaltung von Gleitlagern S. 35, Berlin: VDI. 1936.

2 Barner, G.: Erfahrungen mit Kunstharzlagern. Kunststoffe 1927 H. 12., ferner H .. Miikelt: Die Anforderungen an Gleitlager, insbesondere Kunststoffe, s. VDI. 52, Heft 138.

3 Niemann, G.: Maschinenlager. Hiitte II S. 183. Berlin: Verlag Ernst u. Sohn.

30 R. KUhnel: Priifung und Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe.

metall es sich jeweils handelt, offenbar, weil altere Veroffentlichungen solche Angaben nicht enthalten.

Zahlentafel5 enthiiIt nun die gleichen Angaben fur Bleibronzen.

Bemerkt muB noch werden, daB die in der Hutte veroffentIichten

Zahlentafel 4. Weif3metall: Belastungswerte aU8gefuhrter Gleitlager

nach Niemann.

Werkstoff Belastung Gesehw. Yerhaltnis Art der Masehinen der Welle kg/em' m/see

Langel , Durehmesser

Transmission ............ Stahl 5 6 1-2

" 15 2

"

Hartzerkleinerung ....... Stahl 8 3 1-2

" 10 2 "

" 15 10 "

Elektrowasserkraft ...... St 50 12 10 0,8-1,5

" 7 10

" " 5 14

"

Turbomaschinen ......... Stahl 30 60 0,8-1,5

Dampfturbine ........... Stahl 8 60 0,8-1,5

Dampfmaschine Stahl geh. 90 2,5 1 Pleuellagerwelle ..........

" 35 3,5 1,4

Werkstoff des Lager-ausgusses

WM4 WM

WM5 WMIO WMIO

WMIO

" "

WM

-

WM -

Tafeln fUr den Zweck dieses Buches etwas umgestellt wurden. SchlieBlich enthalt Zahlentafel 6 noch die entsprechenden Werte fur GuBeisen.

Eine SchlusseItafel fur die Werkstoffwahl mit Richtlinien fur Belastung und Geschwindigkeit bei verschiedenen Bewegungsfallen bietet O. Hummel im Archiv fUr Metallkunde 1947 Heft 9 in dem Bericht - Neuzeitliche Gleitlagerwerkstoffe und ihre Verwendung - auf S. 428.

Nun wahIt man gerne statt der Darstellung der Werte in einer Tafel die zeichnerische Darstellung in einem Achsenfeld. Ein Beispiel aus einer neueren Veroffentlichung von R. Weber l sei in Abb.157 wiedergegeben.

1m Ausland hat man fur die zusammenfassende Darstellung der Eigenschaften noch den Weg beschritten, die Werte beiderseits der Achsen aufzutragen. Dadurch gewinnt das Bild an "Cbersichtlichkeit. Eine altere Darstellung Abb. 24 mag noch zeigen, was man alles in die Aufstellung aufnehmen mtiBte, urn moglichst aIle Versuchsergebnisse

1 TV eber, R.: Eigenschaften und Anwendung metallischer Gleitlagerwerkstoffe. Z. f. Metallkde. 1948 H. 8 S. 244.

Darstellung von Prufungs- und Erfahrungswerten der Lagerwerkstoffe. 31

darzustellen. Hierbei aber leidet schon wieder die Ubersichtlichkeit. Einen Sonderweg fur die zeichnerische Darstellung von zulassiger Be-

I OtJl'cnftilJl'tJ/lg del' LutJfvel'stJcne ' I ---- ----I?ichl/illien liil'die Priifv/lg Y'ersvcl7seinrich/vllg I sdI/etiJI § lfYl!oor ~ der /-uger ~ gul ma I /lersvMsergebnisse I sfllr;vllIIIllIID ! ~ t

----------Alllbrderungen Al-Si-teg. tgW t;57 Zinn· BI,/-..,.f""'elbll /Jronze

-t. (Jul. toufomglr'il6e1 IIM,r Bd7skng tfa 1. !IIIIIlID ~ ITIIlIIlIl 1.i'm 1.~ 2. MiIIrsf(lntlgt.fmRei4m,gvteFesligieil,

lJtsontl~ in tilt Worme 2. mll!J z. !IIIIIlID z.~ 2.§ z.~ J H/K:Alitgtntltf' J'c/Iml/zprln/rl 3. DIIIIIlI1 J. !IIll1lID J.1IIIIIlIII l~ l~ l {kringt E7::.tllicAlr':J:J:nllnregtlmoDig' (~ f IlIIIIITD f.~ lllIIIIIIll ~~ Atilln im n'1i.8, WI8 - W ,lhllYJilsfrtngvng.

Melzung, J'c/Imu!zslp.!e i~ s.~ s.~ S~ ilam j A/;nulzv"!eYDtltugt1'untlIqlkSPI/g6ringSein, 6_ 6:_

~1IIIIIIIIl <iBm 6:~ (ytrgiile, MIle) 5. Sdimitf'pI6.til1rf migliIYMl gerln; 7.~ 7.~ 7.~ 7.1DllIIlIJ 7.~ 7. Gering. /,qgerluFt

&~ &1illIIIIlI 6~ &~ &~ 8 dlU'S/ellun; tIeJ' /,qger bell'l~DsltdlniJdJ'i.117II! Ii IltiglicJ;s1 einWloMur zvr El'leidl/erun; lUI' i~ J.!IIIIIlID 9.~ 9!IIIIIlID i~

/feJ:skllvng UM ErJdlz/I!J1/iekron; 10. nIIIIIID 10. [j]]]j]]) 10.[Jllllj]] 11J.~ flJ~ 10 Hi;fItCltsl g!l'lilg~ a,wli:hl

Abb. 24. Riehtlinien fUr die Durehftihrung von Laufversuchen naeh S/.eudeZ.

lastung ist nun Armbruster gegangen, Abb. 25. Er setzt voraus, daB das Zusammenwirken von Belastung und Gesehwindigkeit sieh so vollzieht, daB die im Bild dargestellten Kurven angewendet werden konnen. Dies

Zahlentafel 5. Bleibronze: BelMtung8Werte aU8gefuhrter Gleitlager nach Niemann.

Werkstotf Belastung I Gesehw. Verhaltnis Werkstotf Art der Maschine der Welle kg/em' m/see

Lange/ des Lager-Durehmesser ausgusses

Hartzerkleinerung .... .. . Stahl 80 1 1-2 BlLeg.

Dampfturbine .... ....... "

15 60 0,8-1,25 "

Sonstige Turbomaschinen . "

15 - 1,5 - 2 "

Dampfmaschinen . .. . .... Stahl geh. 90 2,5 1 " Stirnkurbel (Pleuelwellen).

" 35 3,3 1,4

" Gekropftes Pleuellager .. .

" 75 3,5 0,85

" Kurbel-Wellenlager ..... . "

45 35 1 "

bedingt, daB die Werte aus Belastung und Gesehwindigkeit - miteinander multipliziert - stets eine Konstante ergeben. Armbruster will diese Grenzen auch nur fUr \VeiBmetalle angewendet wissen. Jedenfalls


hat diese Darstellung den Vorteil, daB sie den Konstrukteur auf das Zusammenwirken von Belastung und Geschwindigkeit aufmerksam macht. Man kann - das zeigen die Versuche von R. Weber, S. 8, und

.12 m/sek

2B

20

Y 12

o

1\ I

\ I I i

\1 ! ;

tlroppeffl \i I

~'Y=BOO I

I

I'-~ ! t--tlruppe ff ~ :------""-...

tlruppeI ~u 50 100

p---

-150 200

kgJcm.Z

anderen - bei kleiner Geschwindigkeit und giinstigen Versuchsbedingungen die Belastung der WeiBmetaIle noch iiber p. v = 800 treiben. Wahlt man aber, wie Buske, S. 5, eine Belastung von iiber 500-1000, bei einer

Gleitgeschwindigkeit von 8 m/sec, so bleiben die WeiBmetaIle bei 300 kg/cm auf der Strecke,

Abb.25. Vorschlag fftr die Darstellung der Belastungsgrenzen (was immerhin einem fftr Weil3metalle (Armbruster). p .vvon2400entspricht).

Dies wird ofters nicht geniigend erkannt, sonst konnte es nicht vorkommen, daB man unerprobte Gleitstoffe moglichst zuerst in Lagern erprobt haben will, in denen gleichzeitig hohe Geschwindigkeit und

Zahlentafel 6. Guf3eisen: Belastungen und Geschwindigkeiten ausge/uhrter Gleitlager nach Niemann.

Werkstoff Belastung Gesehw. VerhiUtnis Art der Maschine der Welle kg/em' m/see

Lange/ Durehmesser

Transmission ............ Stahl 2 3,5 1-2

Hebezunge .............. St 50 60 - 0,8-1,8 Laufende Rolle, Trommel

Hartzerkleinerung ....... St50 8 1 1-2

Dampfmaschinen ........ - 3 - -Kreuzkopfgleitschuh

Gelenke ................. - 30 - -

Aligemein ............... - ~10 0,1-1 -

Werkstoff des Lager-ausgusses

Ge

Ge 21

Ge

Ge

Ge

-

hoher Druck vorliegen, die also ungiinstigste Anwendungsbeispiele darstellen. Das muB zu MiBerfolgen fiihren und hat dann zur Folge, daB man solchen Gleitstoff auch fiir FaIle einfacherer Beanspruchung ablehnt, in denen er sich moglicherweise ganz gut bewahren konnte.

Darstellung von Priifungs. und Erfahrungswerten der Lagerwerkstoffe. 33

Nun wird der Konstrukteur aber bei der Entscheidung tiber die zu verwendenden Werkstoffe erst gewisse Voriiberlegungen zu treffen haben, die seinem EntschluB bereits eine Einschrankung auferlegen. Sie beginnen mit der Feststellung des Werkstoffs und Zustands der Welle. Steht ein St 50 zur Anwendung, so scheidet schon eine Anzahl von Werkstoffen aus, weil sie voraussichtlich nicht ein befriedigendes Ver-

RiJi:/r/,eFervngzoll/'-17,5%

Yerluste' Scnmelzverlust 1,2 8elriebsverlust 7,¥ Hlilfllnverlust -1L-

12,Q 0/0

Abb. 26. Kreislauf des Wm 80 im Betriebe der Bundesbahn nach Ph. Haas.

halt en des Lagers bzw. der Welle auf die Dauer gewahrleisten wiirden. Zinnund Bleilagerwerkstoffe sind ohne weiteres anzuwenden, bei Kadmium- und Aluminiumlegierun

gen m uB man schon eine gewisse Auswahl treffen, mit Bleibronze werden sich auch schon gewisse Schwierigkeiten ergeben. Die iibrigen Werkstoffe bleiben besser iiberwiegend weg. Liegt dagegen St60 oder gehartete Welle oder auch Halbstahl vor, so ist man in der Auswahl weit weniger behin-dert. Bestimmend ist

dann in erster Linie, welchen Grad der Bearbeitung und die Formgenauigkeit man AusguB und Welle geben kann. Je feiner die Oberflache bearbeitet werden kann, desto weniger lauft man Gefahr, auch mit harteren Gleitwerkstoffen irgend welche Enttauschungen zu erleben. 1st mit hohen Lagertemperaturen zu rechnen, so werden WeiBmetalle, PreBstoffe und Holz empfindlich, auch bei Vollschmierung.

Verkehrsunternehmungen, die in einer hohen Zahl von Fahrzeugen viele Lager in Betrieb haben, werden sich auch fUr den Wert des gewahlten Werkstoffs als Umschmelzmaterial interessieren. Es dtirfen in

3 Kuhnel, Gleitlager. 2. Aufl.


ihm nicht Beimengungen enthalten sein, die den Wert der Legierung nach dem Umschmelzen beeintrachtigen oder den Umschmelzvorgang erschweren. Der verlustlose Kreislauf des Werkstoffs muB soweit als moglich gewahrleistet bleiben. S. Abb. 26. Niiheres hieruber s. die Ausfiihrungen von Ph. Haas!.

Sind die beschriebenen Voruberlegungen getroffen, so beginnt die engere Auswahl des Lagerwerkstoffs aus dem noch verbleibenden Bereich, der sich dann die Formgebung und die Wahl der Schmierung anschlieBt.

1 Haas, Ph.: Die Altstoffe in der Metallwirtschaft der Reichsbahn. Glasers Ann. 1935 S. 1385/86 und 1390/91 und AItstoffe und Abfalle. Berlin: MarkwartVerlag m. b. H.

Zweiter Teil

Metallische Gleitlagerwerkstoffe. A. Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil.

Von Professor Dr.-lng. W. Bungardt, Essen.

Mit 53 Abbildungen.

1. Definition und Zusammensetzung der wichtigsten WeiBmetalle.

Die LagerweiBmetalle umfassen drei Legierungsgruppen 1: 1. Zinnreiche, bleifreie bzw. bleiarme Legierungen mit 80% und mehr Zinn; 2. bleireiche Legierungen mit etwa 80 % Blei und 1 bis nahezu 12 % Zinn und 3. Legierungen mit mittleren Blei- und Zinngehalten, deren praktische Bedeutung abgenommen hat. AuBer den Hauptbestandteilen Zinn und Blei enthalten die WeiBmetalle Antimon als hiirtenden Bestandteil und Kupfer. In besonderen Fallen werden zur Verbesserung der Eigenschaften auch Kadmium, Nickel, ArS'en und Tellur hinzugefugt.

Den AbschluB der Blei-Zinn-WeiBmetalleauf der Bleiseite bilden die zinnfreien, gehiirteten Bleilagermetalle, die an anderer Stelle gesondert behandelt werden2•

Den WeiBmetallen werden meist auch noch die KadmiumJagermetalle zugezahlt, denen ebenfalls ein besonderer Abschnitt in diesem Buch vorhehalten ist3•

AIle Zinn-' hzw. Blei-Zinn-Lagermetalle haben einen gleichartigen Gefugeaufbau: In einer weichen eutektischen oder pseudoeutektischen Grundmasse sind primar oder sekundar ausgeschiedene, harte und sprode Kristalle aus intermetallischen Verbindungen eingelagert. - Man hat diese Tatsache fur ein besonders kennzeichnendes Merkmal von allgemeiner Bedeutung gehalten und demzufolge heim Ubergang zu Lagerwerkstoffen mit anderer Metallbasis einen ahnlichen heterogenen Gefuge-

1 1m angelsachsischen Schrifttum werden diese drei Legierungsgruppen unter der Sammelbezeichnung "Babbitt Metals" oder "Babbitt Alloys" zusammengefaBt. - J. Babbitt hat sie als erster praktisch verwertbar gemacht, indem er diese Legierungen als festhaftende AusguBschichten in Stahl- oder Bronzestiitzschalen in den Gleitlagerbau einfiihrte (USA Patent Nr. 1252, 17. Juli 1839). Das Patent bezieht sich in erster Linie auf die Lagerkonstruktion und nicht auf das Lagermetall. Babbitt schlug eine Legierung mit 89,5% Sn; 8,8% Sb und 1,7% Cu als giinstig vor. (Siehe hierzu W. M. Corse: Bearing Metals and Bearings, The Chemical Catalog Company, Inc. Monograph Series Nr. 53, Seite 201, New York 1930).

a S. Seite 97. 3 S. Seite 133.

3"

36 W. Bungardt: Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil.

aufbau angestrebt. Die Gultigkeit dieser Gefugeregel ist aber immer noch umstritten; es spricht viel dafur, daB sie nicht allgemein gultig ist.

Je nach der Zusammensetzung der Grundmasse und der Primarkristalle (und der KorngroBe und Verteilung der letzteren) unterscheiden sich die Festigkeitseigenschaften der WeiBmetalle betrachtlich. Andererseits ist aber samtlichen WeiBmetallen eine Gruppe schwer exakt definierbarer und meBbarer Eigenschaften gemeinsam, die sie besonders fur ihren speziellen Verwendungszweck wertvoll machen. Hierzu gehoren in erster Linie ihre ausgezeichneten Gleiteigenschaften, auch bei weichen Wellen. Sie laufen leicht und gut ein, ohne daB eine Oberflachenfeinstbearbeitung notwendig ist. Bei Schmierolmangel wird ihre Funktionsfahigkeit nicht schlagartig anfgehoben; treten z. B. Lagerstorungen durch Uberlastung, Konstruktionsmangel, Versager in der blzufuhr oder ahnliches ein, so schmelzen die WeiBmetalle ungunstigstenfalls; sie ermoglichen aber meist eine aus betriebsmaBigen Grunden zu fordernde Mindestauslaufzeit. Die Wellebleibt bei dies em Vorgang durchwegvor der Zerstorung bewahrt. Die WeiBmetalle haben die Fahigkeit, blverunreinigungen und Schmutzteilchen in der Grundmasse einzubetten und hierdurch unschadlich zu machen. Ganz allgemein ist die geringe FreBneigung ein hervorragendes Merkmal dieser Legierungsgattung. Sie haben ferner eine selIr geringe :Korrosionsanfalligkeit. Hinzu kommt schlieBlich noch, daB sie relativ leicht zu handhaben sind. Es ist auch im allgemeinen nicht besonders schwierig, bei Einhaltung einiger aus der Erfahrung gewonnener Arbeitsregeln eine gute Bindung in Stahlund Bronzestutzschalen zu erzielen.

Nachteilig fUr die WeiBmetalle ist ihre verhaltnismaBig geringe Harte, Druck- und Dauerfestigkeit wie auch das schnelle Absinken aller technologischen Kennwerte bei steigender Temperatur. Ihre Verwendung in Hochleistungslagern ist daher nicht mehr moglich, wenn auch durch besondere MaBnahmen, z. B. Verringerung der AusguBschichtdicke, der Belastungsbereich nach oben erweitert werden kann.

Zinn- und Blei-Zinn-Lagerlegierungen spielen im Bereich mittlerer und geringer Beanspruchungen eine hervorragende Rolle; sie sind ffir den allgemeinen Maschinenbau unentbehrlich.

In den Zahlentafeln 1 und 2 sind charakteristische Lagerwerkstoffe auf Zinn- bzw. Blei-Zinn-Basis wiedergegeben. Die Legierungsgruppe mit mittleren Blei- und Zinngehalten, etwa gekennzeichnet durch die fruher in Deutschland genormten WeiBmetalle WM 20 bis WM 70 und einige amerikanische Lagerlegierungen ahnlicher Art, Zahlentafel3, hat heute an Bedeutung verloren. Auf die Grunde hierfur wird noch einzugehen sein. -

In zinnreichen WeiBmetallen ist die untere Grenze des Zinngehaltes dadurch gegeben, daB mit steigenden Antimon- und Kupferzusatzen

Definition und Zusammensetzung der wichtigsten Weillmetalle. 37

die Legierung schlieBlich stark versprodet. Die ublichen Legierungsgrenzen fur Kupfer und Antimon sind aus Zahlentafel1 abzulesen. Zur Verbesserung der Harte, Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit finden in di~sen Legierungen Kadmiumzusatze Verwendung. Die Bedeutung kleiner Nickelzugaben (bei Anwesenheit von Kadmium solI der Nickelgehalt nicht mehr als 0,2 % betragen) ist noch umstritten. In hochwertigen Zinn-WeiBmetallen ist der zulassige Bleigehalt scharf begrenzt; die deutschen Normen (DIN 1703; 4. Ausgabe, August 1941) sahen fiir WM 80 einen Hochstgehalt von 0,5 % vor; die amerikanischen Normen lassen hochstens 0,35 % zu. Der Nachteil des Bleis ruhrt daher, daB es die betriebsmaBig zulassigen Lagertemperaturen auf hochstens 1850

Zahlentafel 1. ZU8ammen8etzung von Zinn-WeifJmetallen.

Legierungs-Zusammensetzung Gehalt an Ver-

Normblatt ~ezeichnung in ,/, unreinigungen

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Amer. Soc. Alloy for Test. Grade 1 91 4,5 4,5 - < 0,35Pb Materials 2 89 7,5 3,5 - < 0,1O.As (ASTM) B23-46 T) 3 83,3 8,3 8,3 - < 0,08 Bi nach: "USA < 0,08 Fe Metals Hand- < 0,005Zn book" 1948 < 0,005 AI

Society Auto- SAE 10 90 4 bis 5 4 bis5 - < 0,35Pb motive 11 86 6 bis 7,5 5 bis 6,5 - < 0,1O.As Engineers 110 87,75 7 bis 8,5 2,25bis3,75 - < 0,08 Bi nach: "USA < 0,08 Fe Metals Hand- < O,OOZn book" 1948 < 0,00 AI

Englische 82 14 3 Zinn- 80 10 10 Weillmetalle nach: "Metal 85 7 8 Industry

I Handbook" 1950

1 Das im Weillmetall-Normblatt DIN 1703 (4. Ausgabe, August 1941) angegebene WM 80F: 80 ± 10/, Sn; 11 ± 1'/0 Sb; 9 ± 10/0 Cu; bis 0,5 % Pb; Verunreinigungen: bis 0,10'/, Fe; bis 0,05'/, Zn; bis 0,05'/0 AI; bis 0,150/, As; 2 (ZnFeAI) < 0,15'/, ist im Einheitsblatt 1728 nicht mehr aufgefiihrt.

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Definition und Zusammensetzung der wichtigsten WeiLlmetalle. 39

beschrankt. Bei dieser Temperatur beginnt das Blei-Zinn-Eutektikum zu schmelzen, das infolge von Kristallseigerung bereits bei Bleigehalten von 0,5 % beobachtet wird. Auch bei kadmiumhaltigen ZinnweiBmetallen sind aus demselben Grund kleine Bleigehalte (mehr als 0,25 % Pb) schiidlich, sobald Lagertemperaturen von mehr als 1500 zu erwarten sindl. Andere Nachteile des Bleigehaltes sind: Begiinstigung der Lunkerung2, Vergroberung der Cu6Sn6-Nadeln und Verminderung der Bindungsfestigkeit zwischen AusguBschicht und Stiitzschale. Zahlentafel1 zeigt ferner, daB in Zinn-WeiBmetallen nur geringe Verunreinigungen an Eisen, Zink, Arsen, Wismut und Aluminium zulassig sind.

Zahlentafel3. Blei-Zinn-WeifJmetalle mit mittleren Blei- und Zinn-Gehalten.

Zusammensetzung in '/, Normblatt Bezeichnung

Sn Pb Sb eu

DIN 1703 (1931) WM20 20 64 14 2 WM42 42 41 14 3 WM50 50 33 14 3 WM70 70 12 13 5

Amer. Soc. for Alloy Grade 6 20 63,5 15 1,5 Testing Materials 5 65,5 18,2 15 2,0 Standard Speci- 4 75,0 10,2 11,6 3,0 fication (B23-46T)

nach: USA Metals

Handbook 1948

Zink3-6, Aluminium3,4 und Wismut3 , 7 sind schon in klein en Mengen schadlich. Wismut bildet z. B. mit Zinn ein bei 1350 schmelzendes Eutektikum und engt daher den thermischen Belastungsbereich stark ein. Arsen steigert den Verformungswiderstand8 bei Raumtemperatur und erhohten Temperaturen. Zink und Aluminium verandern den Gefiigeaufbau. Phosphor und Magnesium, die zur Desoxydation verwendet werden, sind wahrscheinlich in kleinen Gehalten unschadlich.

1 v. Galer, F. K. und G. Sachs: Mitt. Arbeitsbereich Metallges. Frankfurt 1935, Heft 10, S. 3.

2 Cowan, W. A.: J. Inst. Met. Bd. 39 (1928) S. 53. 3 Grant, L. E.: Metals & Alloys, Bd. 3 (1932) S. 138/145, 152/158. 4 Bradley, 1. N. und H. O'Neill: J. Inst. Met. Bd.68 (1942) S.259. 5 Melhuish, M.: Proc. Inst. Aut. Eng. Bd.30 (1935/36) S.431. 6 Kromer, C.: Automobiltechn. Z. Bd.35 (1932) S.284. 7 Boegehold, A. C. und 1. B. Johnson: Symposium on Effect of Temp. on

Metals A. S. T. M. und A. S. M. E. 1931 S. 169. 8 Freeman, J. R. und P.F. Brandt: Proc. A. S. T. M. Bd. 24 (1924) Part 1, S. 253,

40 Jr. Bungardt: Legierungen mit Blei oder Zinn als HauptbestandteiI.

Die Gruppe der bleireichen Lagerwei13metalle mit Zinnzusiitzen, Zahlentafel2, umfa13t zwei charakteri8ti8che Legierungsarten mit 12 bis 17 % Sb und 2 bis 5 % Sn bzw. 12 bi" 17 % Sb und 8 bis 10 % Sn. Der obere Antimongrenzgehalt liegt bei etwa 15 %: hahere Gehalte wirken zu stark verspradend. Rleireiche Blei-Zinn-Legierungen neigen zur Seigerung, da die primar ausgeschiedenen SbSn-KristaHe leichter sind als die bleireiche Grundmasse. Durch Kupferzusatze zwischen 0,5 und 1,5 %

Zahlentafel 4. Schmelz- und Gieptemperatur der AS T M -tv eipmetalle. (nach USA Metals Handbook 1948)

Bezeichnung 1 Schmelzbeginll

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16 244 0

19 2390

1 Chemische Zusammensetzung in den Tabellen 1 bis 3. 2 ,. Soll"-Arsengehalt: 1,0'/,.

Temperatur vollstandigcr ~weckmaf3ige

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2157 0 327 0

sucht man die Seigerungsneigung zu vermindern. Auch Arsen ist in derselben Richtung wirksam1 ,2. Arsen verbessert zudem die mechanischen Eigenschaften, besonders bei erhahten Temperaturen3 ,4. In haheren Gehalten wirkt es kornverfeinernd. Der Widerstand gegen schlagartige Beanspruchung1 wie auch die Bindungsfestigkeit zwischen AusguBschicht und Stutzschale5 werden durch hahere Arsengehalte, vor aHem bei Stutzschalen ausKupferlegierungen, verschlechtert. Zur Verbesserung

1 Grant: Zit. S.39. 2 Roast, H. J. und C. F. Pascoe: Trans. Amer. Inst. Min. Met. Eng. Bd.68

(1922) S. 735. 3 Phillips, A. J., A. A. Smith jr. und P. A. Beck: Proe. A. S. T.M. Bd. 41 (1941)

S.886/893. 4 Ackermann, Ch. L.: Z. MetaIIkde., Bd. 24 (1932) S. 306/308. S Epstein, S. und R. C. Hess: Iron and Steel Eng. Bd. 21 (1944) S.83/97.

Definition und Zusammensetzung der wichtigsten WeiBmetalle. 41

Zahlentafel 5. EinflufJ mehrmaligen Umschmelzens auf die technologischen Eigenscha/ten eines hochzinnhaltigen WeifJmetalls.

(Nach R. Arrowsmith.)

Chemische I Streck-

I Zug-

Dehnung Ein-

Zusammen- Die )Iessung erfolgte grenze festigkeit schniirung setzung in '/, kg/mm' kg/mm' '/, '/,

Sn: 85,00 1m Anlieferungszustand 5,81 9,05 11,7 16,0 Sb: 10,75 Nach der l. Umschmelzung 5,72 9,20 10,7 13,4 eu: 3,90 Nach der 2. Umschmelzung 5,72 9,23 11,6 14,5 Pb: 0,30 Nach langsamer, } 5,81 9,10 10,6 14,5 Fe: 0,04 oxydierender Schmelzung As: Spuren I der Eigenschaften sind weiterhin vorgeschlagen worden Nickep-3 und Silber4. Der Wert von Kadmiumzusatzen ist umstritten1 . Verunreinigungen an Eisen, Zink und Aluminium sind schadIich und werden, wie bei den zinnreichen WeiBmetallen, scharf begrenzt.

Die dritte Gruppe enthalt Legierungen mit mittleren Zinn- und Bleigehalten; ihre Zusammensetzung Iiegt in den in Zahlentafel 3 an

gegebenen Grenzen. Haupt-';-,---rii-r-"TT~---ntO-,--___ ~L sachIich Festigkei tsun tersu-

z Kupfer

- chungen vonF. K. v. Goler und F. Scheuer5 sind dafiir ausschlaggebend gewesen, daB diese dritte Gruppe an Bedeutung verloren hat. MaBgebend hierfiir ist die Beobachtung gewesen, daB die mechanischen Eigenschaften dieser WeiBmetalle bei Raumtempera tur sich von denj enigen der bleireichen WeiBmetalle nicht nennenswert unterscheiden_ Bei hoheren Tem-

Abb. 27. Zinnecke des ternaren ZustandBschaubiides Zinn-Antimon-Kupfer. (Nach J. V. Harding und

W. T. Pell-Walpolel_ peraturen sind sie festigkeits

miiBig sowohl den zinn- als auch bleireichen Legierungen unterlegen. Das friihzeitige Erweichen hangt ursachlich mit der relativ niedrigen Temperatur des Schmelzbeginns, 180°, zusammen, wahrend zinn- bzw. bleireiche WeiBmetalle erst bei 235 bis 240° aufzuschmelzen beginnen.

1 Ackermann, Oh_ L.: Metallwirtsch., Bd.7 (1928) S.752. 2 Wagner, 0.: GieBerei, Bd. 23 (1936) S. 619/623. 3 Shaw, H.: Mech. World, Bd. 102 (1937) S. 435,444. 4 Gillett, H. W. undR. W.Dayton: Metals and Alloys, Bd. 15 (1942) S.584/587. 6 v. GOler, F. K. und F. Scheuer: Z. Metallkde., Bd. 28 (1936) S. 121/126,

176/178.

3a


Da diese Legierungsgruppe - gelllessen an ihren lllechanischen Eigenschaften - im Vergleich zu bleireichen WeiBllletallen keinen Vorteil zu bieten schien, sind die friiheren Deutschen Xormlegierungen zwischen 20 und 80 % Sn (s. Zahlentafel 3) im Jahr 1936 gestrichen worden, wobei der Wunsch, Zinn einzusparen, auch eine Rolle mitgespielt hat. In ahnlicher Weise hat auch das British Ministry of Supply im Jahre 1942 elllpfohlen, den Legierungsbereich zwischen 12 und 68 % Bn von der praktischen Verwendung auszunehmen 1.

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Abb.28. Schnitte durch das ternlire Zustandsschaubild Zinn-Antimon-Kupfer bei 0,5'/, bzw. 3'/, Kupfer. (Nach J. V. Harding und W. T. Pell-TValpole).

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Neuerdings wird jedoch darauf aufmerksam gemacht, daB die Beurteilung dieser Legierungsgruppe nicht ausschlieBlich auf Festigkeitsuntersuchungen gestiitzt werden sollte. Forrester1 weist z. B. daraufhin, daB Legierungen mit 20 bis 80 % Zinn wegen ihres hohen VerschleiBwiderstandes, ihrer geringeren Seigerungsneigung und der geringeren Abhangigkeit ihrer mechanischen Eigenschaften von den GieBbedingungen Vorteile bieten, wobei ihre Gleiteigenschaften denjenigen der bleireichen WeiBmetalle nicht nachstehen. Ob dieser Hinweis die Dis-

1 Forrester, P. G.: "Babbitt Alloys for Plain Bearings" published by Tin Research Institute, Greenford, Middlesex, England (1950) S. 18.

Gefiigeaufbau der WeiBmetalle. 43

kussion urn die "mittleren" WeiBmetalle nochmals in Gang bringen wird, bleibt abzuwarten. Die Vorteile, die diese WeiBmetallgruppe zu bieten hatte, miiBten indegsen groB genug sein, urn ihren h6heren Preis zu rechtfertigen. Aber auch in technischer Hinsicht sind zur weiteren Klarung neue Messungen, vor allem iiber den VerschleiB, notwendig.

2. Gefiigeaufbau der Wei6metalle.

Der Gefiigeaufbau der zinnreichen WeiBmetalle ist durch Untersuchungen von W. BonsackI, M. Tasaki2, O. W. Ellis und G. B. Karelitz3

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fX+fJ O~------:,~----2:----o""Vo--:!l 0 2 % J Kupfer Kupfer

(Jchnitf be; q% SbJ (Jchnilf bei Pl%SbJ

c

o

[

K

Abb. 2~. Schnitte durch das tcrnare Zustandsschaubild Zinn-Antimon-Kupfcr bei 4'/, bzw. 14'/, Antimon. (Nach J. V. Harding und W. T. Pell-Walpole.)

und J. V. Harding und W. T. Pell-Walpole4 geklart. - Die Zinnecke des ternaren Zustandsschaubildes: Zinn-Antimon-Kupfer ist in Abb. 27 nach Harding und Pell-Walpole wiedergegeben. Praktisch interessierende Schnitte durch das ternare Gleichgewichtsschaubild fUr kom,tante

1 Bansack, W.: Z. f. Metallkde. Rd. 19 (1927) S. 107. 2 Tasaki, M. Mem. ColI. Sci. Kyoto Imp. Univ. Rd. 12 (1929) A. S.227. 3 Ellis, O. W. und G. B. Karelitz: Trans. Amer. Soc. Mech. Eng. Rd. 50 (1928)

S. 13/28. 4 Harding, J. V. und W. T. Pell- Walrale: J. Inst. Met. Rd. 75 (1948)

S. 115/130.

3a*

44 W. Hungardt: Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil.

Kupfergehalte von 0,5 bzw. 3 % ell und 4 bzw. 14 'Yo Sb erliiutern den Kristallisationsverlauf, Abb. 28 und 29.

In dem ternaren System treten nur die von den Randsystemen Zinn-Antimon bzw. Zinn-Kupfer her bekannten Kl'istallarten auf ; neue

a) \)5'/ , Sn , Z'/, Sb, 3'/, Cu b) 90'/, Sn. i 'I. Su, 3'10 ell

d) 82'10 tin, 12'10 Sb, 6'10 Cn

Abb. :lO a /d. Gefiigcbildcr von ZinnweWmcl,aJlen . Al,zung: 6'/oi;rc a lkohol. RNO, 20° C 1 min. lOOmal. (Nach v . Wjler lind j >/is(,'r.)

ternare Verbindungen entstehen nicht . Folgende Phasen sind delllll<tch anzutreffen:

1. Zinnreieher Misehkristall (IX); Antimoll ist IJlaximal bis zu 7 %, Kupfer nur unwesentlich in festem Zinn lOslich1, 2.

2. Verbindnng SbSn (= fJ K1'ista11art) ; 3. VerbincZnng Cu'sSn5 (= Y Krista11a1't).

1 Hanson, D., E. J . Sandford und H. Stevens: J. lnst. Metals, Bd. 55 (In:34) S. 115.

2 Homer, C. E. und H. Plummer: J. lnst. Metals, Bd. 64 (1939) S. lOn.

Definition und Zusammensetzung der wichtigsten WeiBmetalle. 45

Gemii/3 Ahb. 27 sind die Legierungen im Gu13zustand foIgenderma13en aufgehaut:

iX-Mischkristall ; primar iX, sekundar (iX + y); primar y, sekundar (iX + y);

Feld: ABEF Feld: BCDE Feld: CNMD Feld: DMLK ]'eld: DKJ Feld: DJHF

primar y, sekundar (1'1 + y); tertiiir (iX + y); primar 1'1, sekundar (1'1 + y), tertiar (iX + y); primar 1'1, sekundar (iX + y).

Entle tier Ersfqrrung: ~ zwischen E2 und b o inb _ zwischen b und d E3 in d EJ zwischen d und E;

Sb 1(J()

Gew._O

Abb. 31. Oefllgenurball von B1ci-Zilln-A ntimon

Lcg icrungcn. CI/nch 'E. IJ t yn und O. B(mer) .

Die Lage der Grenzlinie fur das Auftreten der kubischen SbSnKristaIleFEDM isthaufiguntersucht worden. Sie ist nicht nurvonden vorhandenen Verunreinigungen, sondeI'll auch den Erstarrungshedingungen ahhiingig ; sie verschiebt sich bei Iangsamer Abkuhlung zu geringeren Antimongehalten 1.

Die Gefugekomponenten: Cu6Sns-Kristalle, SbSn-KristaIIe, Grundmasse haben sehr unterschiedliche H iirtewerte, die sich nach Ritzhiirtemessungen wie 10 : 4: 1 verhalten 2.

1 Ellis, O. W. und G. B. Karelitz: Trans. Amer. Soc. Mech. Eng. Bd. 50 (1928) s. 13 bis 28.

2 Kenneford, A. S. und H. O'Neill: J_ Inst. Met. Bd.55 (1934 II) S.51/69.

46 W. Bungardt: Legi€'rung€'Jl mit Blei odeI' Zinn als Hallptbestandteil.

Del' llormale Gefugeaufbau del' hochzinnhaltigen Lagerlegienlllgell ist in den <iefiigebildern :~Oa bis d dnrgestellt. Rei geringeren]( upfel'- und Zinngehalten "ind in del' pseudoeutektischen Grundma"se nadlige CusSn5-Kristalle eingelagert. Das Eutektikum hat nur selten eine t~'pi"ch eutektische Struktur. Bei Antimongehalten von 7 his 9 % tritt die wiil'felformige ShSn-KristaIlart auf; ihre GroBe nimmt mit zunehmendel1l Kupfergehalt zu 1.

Zusiit/le an Nickel und Kadmiulll liefern keine neuen Gefiigekomponenten; sie heeinflussen jedoch ihre Ausbildungsform. Dureh 0,4 % ~ickel winl z. B. die charakteristische nadlige Form del' Cu6Sn5-Kl'i,;talle in einem WeiBmetaIl mit n:~ '/0 Sn, 3,5 % Sb und 3,5 % eu stark unterdriiekt 2.

Die technischen WeiBmetaIle liegen durchweg in den ZUHtami,·Jeldern CN-:vJD und D}ILK (t;. Abb. 27), in denen pl'imiir CU SS1l 5 nadlig oder sternehenfonnig kristalliHiert. Siimtliche Legienmgen mit IX -Primiirau,;seheidung sind fi.ir pmktische Zwecke /lU weich; aIle Legierungen mit primiir kristnllisierendem fJ neigen /lUI' Seigerung, da /I\\"il-lchell die~er

KOIll ponente (SbSll) und del' zinnl'eichen GrundnJa"se groBe Dichte-1ll1tel'sehiede he,.,tehen. Die Seigerung yon fJ (= SbSn) ullterhleiht ill den Legierungen mit sekundarer fJ-Kristallisation, \\enll ZUYOl" eill 2'\etzwerk yon primiir gebildetem CuSSn5 entstanden isla.

:Fiil' den Kristallisaiionsyerlauf der bleireichen vVeiBmetalle ist das Sehauhild von E. Hcyn und O. BaU(?T4 maBgehend, Abh. :31. Foigende Kri:-;bdlarten treten 1Hlf:

t\: Zinnreichcr Mi~chkristall mit 0 bis 10°/" Sb; {J: Verbindung SbSn mit 47 bis 50% Sn; (~: Antimonreichor Mischkristall mit 0 bis 12% Sn; Pb: reines Blei odor bleireieher ~Ilischkristall mit 0 bis 18'/" ~n.

Den En;tarrungsverlnuf lind die in den yerHehiedenen FeldeJ"ll des Zustnnd:-;:ochnubildes auftretenden Kristnllarten enthiilt Ahh. :31.

Dem Punkt E] entspricht das bei IS:~c sehmelzonde Eutektikum im Handsystem Blei-Zinn mit 61,9% Blei; E2 gibt die Zusammensetzung des Eutektikums im Randsystom Bloi-Alltimon mit 1:~% BIoi boi 247' an. lAllgS del' Lillie Ei)dE] findet Ausseiwidung eutektiseher Zweistoffgomiseho statt. Die Linien Cb unci Hd stelloll Knicke ill der Loslichkeitsflache dar; im binaren \{andsystom seheidet sich lallgs CH und im Dreistoffsystom unter der FIache ObdH primal' die fJ- Kristallart (~Sb8n) aus, die hei 425" inkongruent sehmilzt. Die ternaren lJbergangspunkte b llnd d haben naberungsweiso folgende Koordinaton: 10% Ziun, IO(!~

Antimoll, 80% BIoi und 242 bzw. 5:~,5% Zinn, 4% Antimon, 42,5% BIoi unel 184'. Ein ternaros Eutoktikum tritt in diesem Droistoffsystolll nieht auf4.

Die wiehtig:-;ten Blei-Zinn-Wei B11l etalle enthalten etwa ] 5 % Anti 111 on ;

1 Nelson, G. A.: Metalsd' Alloys Bel. 3 (19:~2) K 16S/170. 2 Munde!J, A. H. II. C. C. Risset!: ,1. Inst. Met. Bd. :10 (192:3) N. 115. 3 Harding: Zit. S.43. 4 Heyn, E. u. O. Hauer: Verh. Vel'. Befiird. Geworbeflpif3 Bd. 9:1 (I!1I4) Hpiit"ft.

Definition und Zusammensetzung der wichtigsten Weif3metalle. 47

hohere Gehalte fiihren zur Versprodung; bei geringeren Gehalten als Ii % Antimon ist die Legierung zu weich.

Je nach ihren sonstigen Gehalten an Blei und Zinn treten primar auf: t5-, {J-, iX-, und Blei-Kristalle. Sie sind eingebettet in eine Grundmasse, die entweder nur aus Pb- und t5-, Pb- und {J- bzw. Pb- und iX-Kri

stallen in eutektischer Anordnung odeI' abel' aus zwei eutektischen Kristallgem ischen ne beneinander, namlich Pb + t5 und Pb + {J odeI' Pb + {J und Pb + iX bestehen kann, Abb. 31.

Abb.32. GefiigcaufLau einer Legierung mit: 5 '/, Sn, 30'/,I>b und 65'1, Pb (Feld 1 in llild 3]). 100mal.

Metallographisch sind die primal' ausgeschiedenen Kristallarten wegen ihrer regelmaBigen geometrischen Form meist gut zu unterscheiden; die Auflosung del' eutektischen Grundmasse bereitet dagegen, besonders an schnell erstarrten Proben, infolge unvollkommener Gleichgewichtseinstellung Schwierigkeiten.

Abb.33. Geftigeaufbau einer Legierung mit 10'/, Sn. 50'/0 i:lb und 40'/, I'b CI<'eld 2 BUd 31). 100mal. (Nach E. Heyn und O. Bauer).

Abb.34. Dbersicht tiber die cutekti8chcn Geruge: Pb- + a-Kristalle (rechts obcn); Pb- + tJ-Krista lle (links unten). Die Legierung enthiilt: 50'/, Sn, 20'/, Sb, 30'/, Pb (Feld 6 in llild 31). 300mal.

(Naeh E. Heyn nnd O. Bau,,·).

In den Abb. 32 bis 36 sind einige charakteristische Gefiigebilder flir rein ternare Blei-Zinn-Antimon-Legierungen naeh langsamer Abklihlung aus dem SchmelzfluB wiedergegeben. Abb. 32 zeigt gut ausgebildete b-Kristalle in doppelt eutektischer Grundmasse aus (Pb + 15)- bzw. (Pb + J'l)-Kristallen. Abb. 33 zeigt den

48 W. Bungardt: Legierungen mit Blei odeI' Zinn als Hauptbestandteil.

struktureJlen Aufbau einer Legierung mit o· und fJ·Primarkristallen. Beide Kri· stallarten unterscheiden sich nur wenig in der Helligkeit; sie sind in einer eutek· tischen Grundmasse aus .Pb- und fJ-Kristallen eingelagert. Abb. 34 gibt einen Ge-

fiigeausschnitt aus einer Lcgicl'ullg mit den beiden Eutektiken: (Pb h \)Kristalle - rechts oben - ulld(Pb +- fJ)Kristalle ~ links unten - wieder. Del' Gefugeaufbau einer Legierung, dicdem Zustandsfeld 7 (Abb. 31) angehiil't. zeigt Abb. 35; sie enthalt primal' ausgeschiedene fJ-Kristalle, an die sieh rundliche, dunkle und zinnrciche <'

Kristalle angelagert ha ben; die Grundmasse besteht aus dem Eutektiklllll mit (Pb +- ex) -Kristallen. Abb. :{6 giLt schlieBlich einen Uberblick iiber cine Legierung mit primar ausgeschiedenen B1eikristallen in einer grobcn eutektischen Grundmassc aus (Pb + ,,)Kristallen.

Abb.35. Gel'ligcaufbau einer Legierung mit 70 %

Sfl, 10"/, Sl> UflU 20'/, Pb (Feld 7 in Bild 31). 27mal. (Nach E. Heyn und O. Bauer).

Als wichtigsten weiteren Legierungszusatz enthalten die llleiZinn-WeiBmetalle kleine Kupfer-

mengen ; ihre hartende und seigerungshemmende Wirkung ist bereits erwiihnt worden. Nach H. Muller! und anderen Beobachtern entsteht bei Anwesenheit von Kupfer nur die Verbindung Cu2 Sb in nadliger Form. Die seigerungshemmende Wirkung des Kupferzusatzes soll darauf beruhen, daB die leichteren SbSnKristalle beigeeigneten GieB- und Erstarrungsbedingungen weitgehend durch schwerere Cu2-SbNadeln ersetzt werden. Del' Mechanismus dieses Vorganges ist bis heute noch nicht vollig kla1'2.

Kleinere Zusatze an Nickel,

Al>l>.36. Gefiigeaufbau einer Legierung mit 55'/, Sn, 2,5' /, Sb lind 42,5'/, Pl> (Fcld 10 in Bilu :11:

nalle <ler Grcllzlinic ,m,). lOOmai.

Zink und Wismut sind ziemlich wirkungslos; nur Arsen hat wegen seiner kornverfeinernden und seigerungshemmenden Wirkung technische

1 Muller, H .: Z. Metallkde., Bd. 21 (1929) Nr. 9, S. 305~ 309.

2 Ansatze zur Deutung liefern die Arbeiten von O. W. Ellis: Engng. Res. Bull. Nr. 6, Univ. 7 Toronto (1926) S. 143 ~ 164 usw.

Metallurgische Eigenschaften. 49

Bedeutung. Neue Gefligebestandteile entstehen durch Arsen nicht; lediglich die Symmetrie del' kubischen SbSn-Kristalle wird zerstorp,2.

Den Gefugeaufbau eines technischen, weit verbreiteten WeiBmetalles mit 78,5 bis 72 % Pb, 1+ bi,; 16 % Sb, 5 bis 7 % Sn, 0,8 bis ],2 % Cu, 0,7 bis 1,5 % Ni, 0,7 bi,; 1,5 % Cd und 0,3 bis 0,8 % As (Thermit-Lagermetall) zeigt Abb.373 . Wird in diesel' J~egierung del' Arsengehalt auf etwa 1,0 bis 1,2 % As erhaht, so verandert sich das Gefuge gemaB Abb. 38. Einer Verkleinerung der SbSn-KristallgraBe geht eine Veriinderung der Kristallform parallel, auf die schon hingewiesen worden ist.

3. Metallurgische Eigenschaften4 •

Fur die schmelzund gieBtechnisch richtige Behandlung del' WeiBmetalle ist die Kenntnis der Schmelz- und GieBtemperaturen die erste Voram'setzung. Sie sind in Zahlentafel4 (S. 40) fur verschiedene WeiBmetalle zusammengestellt5. Hieraus geht hervor, daB ZinnweiBmetaIle hahere GieBtemperaturen erfordern als Hlei-ZinnweiBmetaIle. MaBgebend hierfur sind die verhiiltnismaBig hohen Temperaturen, die zur vollstandigen La,;ung del' eU6 Sn5-Kristalle notwendig sind.

AIle 'VeiBmetaIle sind leicht schmelzund gieBbar. Sie sind auch ziemlich unempfindlich gegen ~ciederholtes Umschm.elzen, wie Zahlentafel5 (S . .J-l) fiir eine zinnreiche Legierung zeigt6 : Selbst unter ungunstigen Schmelzbedingungen werden die mechanischen Eigenschaften kaum verandert. Auch Blei-ZinnweiBmetaIle ertragen ein wiederholtes Umschmelzen ohne Nachteile wie ein Vergleich des Gefiigeaufbaus von Thermit-Lagermetall nach ein- und mehrmaligem Umschmelzen erkennen laBt, Abb. 39a und b.

Starke Schmelzuberhitzung und zu lange Schmelzdauern kannen zu erheblichen StOrungen fuhren: Erhahte Abbrandverluste, vergraBertes SchwindmaB und Gefugeverschlechterung (grobes Korn, Zinnsaure-

1 Roast: Zit. S. 40. 2 Wegener, K. H.: Met. a. Alloys Bd. 3 (1932) S. 116. 3 Einzelheiten zu dieser Legierungsgruppe bringen: R. Kuhnel: GieBerei,

Bd. 15 (1928) S. 441. Herschman u. Basil: Proc. Amer. Soc. Test. Mat., Bd. 32 (1932 II) S. 536 und G. v. Han/stengel.' Z. Metallkde., Bd. 15 (1923) S. 107.

4 Die mit dem Schmelzen von \VeiBmetallen verbundenen speziellen Probleme: Wahl des Einsatzes, zweckmaBige Of en form und Beheizung, Schmelzfuhrung, Desoxydation, beste GieBart, Ausbildung der GieBform, GenauguB u. a. kiinnen hier nur angedeutet werden. Zu diesen Fragen sind in folgenden Arbeiten wertvolle Hinweise zu finden: F. Vogel: "Neuere Wege in der Metallurgie der Lagerllnd Wei13metalle", Halle a. S.: W. Knapp 1933; J. Ozochralski: Z. Metallkde., Bd. 12 (1920) S. 371-403; H. Muller: Technologie der Lagermetalle (Schmelzen und Vergie13en), Z. VDl, Bd. 72 (1928) S.879. Ph. Haas: Z. VDl, Bd.81 (1937) Nr. 39, S. 1129-1133.

5 Nach USA-Metals Handbook, 1948, S.748/750. 6 Arrowsmith, R.: J. lnst. Met., Ed. 55 (1934 II) S. 71/76.

4 Kuhnel, GleiUager. 2. Auf!.

50 W. Bungardt,' Legierungen mit Blei oder Zinn als HauptbestandteiI.

einschhisse) 1. Es ist aber wohl m it Recht darau£ aufmerksam gemacht worden, daB eine gelegentliche Schmelzuberhitzung in del' Praxis nicht unbedingt eine Geftigeverschlechterung nach sich zu ziehen bmucht,

Ahb.37. Gefiige von T hermit-Lagcrmeta ll. 200ma\.

einsetzt und zur freien Oberf'Hiche der AusguBschicht hin fortschl'eitet. Diese Bedingung ist insofern bedeutsam, als sie die Ausbildung von Schwindungslunkern in del' mndungsWiche verllleiden hilft.

Den EinfluB untersehieclliehm' GiefJ- und ErstarTungsbeclingungen auf die Illechanischen Eigenschaften verschiedener WeiBmetallezeigtAbb.40a u. b2 .

Wiihrend die Zugfestigkeit bei allen Weil3metallen von del' GieB- und Kokillentemperatur nur wenig a bhiingt, wi I'd. die Dehnung, YOI' aHem bei erhohten Kokillentelllperaturen,

wenn nur die richtige GieBtemperatur eingehalten und durch ein geeignetes Abdeckmittel (etwa trockene Holzkohle) del' Abbrandverlust klein gehalten wird.

Die GiefJbedingungen, d. h. die Hohe del' GieB- und :Formtemperatur und die Geschll'indigkeit, mit del' das SchmelzintervaJI durchschl'itten wird, sind fUr die Glite des WeiBmetalls wichtig. Auch die Richtung des Wiirmeentzugs bei del' AusguBfertigung spielt eine erhebliche Rolle. Die Kiihlung muB so erfoIgen, daB die Erstarrung an del' Bindungsfliiche

Abb . 38. U efUge von Therlllit- Lagermctail mit 1,2 ' /,Arscn . 200mu\.

1 Mundey, A. H. , C. C. Bissett u. J. Cartland : J. Inst. Met. Bd. 28 (1922 11) S. 141/ 165.

2 ArTOwsmith, R .: J. Inst. Met., Bd. 55 (1934 II) S.71.


stark beeinfluBt. Parallele, mit der bei steigender Kokillentemperatur einsetzenden Abnahme der Dehnbetrage geht eine zunehmende Kornvergroberung. - Nur die Legierung lIed und die in der Grund-

a) 11)

Abb. 39 a/b. Geftige von Thermit·Lagermetali. 150mal. a) urspriingliches Gefiige; b) Gejuye nach mchrmaligem Umschmelzcn.

zusammensetzung etwa dem WeiBmetall WM 5 entsprechende Legierung VA sind gegen veranderte GieBbedingungen ziemlich unempfindlich, jedoch bei an sich nur niedrigen Dehnungswerten.

Das Schw'indm.afJ zinnreicher WeiBmetalle schwankt zwischen 0,42 bis 0,55 % 1. An Einzelbeobachtungen liegen folgende Zahlen VOl': WM 80

Zahlentafel 6. FliefJvermogen einiger Blei·Zinn· WeifJmetalle, gemessen als Spirallange mit der Kokille von Gourty.

(ails "Werkstatt lind Betrieb " , Bd. 83 (1950) S. 372).

Kokillcn- WeLl- Spiral· Zusammensetzung

Tmnpera tur Tcmperatuf Hinge '/, Grad C Grad C mm

13 ... 15% Sb, 8 ... 10% Sn, mit 250 450 > 5400 Zusiitzen von eu; Ni; Cd; As. 120 450 520

Rest Pb 230 520 :3500 120 520 1270

13 ... 15% Sb, 5 .. . 6% Sn, mit 250 450 > 5400 Zusiitzen von eu ; Ni; Cd; As. 230 520 3600

Rest Pb 120 520 1500

14 ... 18% Sb, 1 ... 3'10 Sn, mit 250 450 > 5400 Zusiitzen von eu; Ni; As; 180 570 1800

Rest Blei

1 Wust, P.: Metallurgie: Ed. 6 (1909) S.769/ 792.

4*

52 W. Bungardt: Legicrungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandtcil.

- 0,.'5 %; WM 70 - 0,15.'5 0/,); Thermit-Lagermetall (etwa LgPb8n6Cd) - 0,55 %. Weitere Anhaltszahlen enthiHt das deut8che .Norm hIatt DIN 1728B (19-i-i).

1t kglm

f

JSO'C

m' i f

ff~b _DA

----.... VA INC ........ f-- .... -=-

7

o kg/m m'

7

IV, I

-..!!,A I--ffP'-

vA

'lIN~ ~,-I

i I

"r ~ ........ f---- ..... ~~ ...

-;-

~

----t-'<+-

00 f20 180

Bezeichnung

1 ;IOC 1 Cd

11 lIA 1I (,d

II Pb

]V YA

Rn

92,:3 88,8

85,5 85,0

81,7 3!l,8

5,4

(];"e!Jfemper{]/ur

1I00'C IIS0°C

• : I I Deli f---i--;-~ t---~

_ I I 11Pb_ LCIi .--....... /'" Ji Pr

--t:-~-~ -- -_ i IV -- .... 1IA( . .... ~ .... ~'t --~ ---.....~..,~ r.:::.::. ·,V A~"""

~c:- ' -~ I I~

I I

,

ffCIi· ---i-~ f--- -;nr- -~f : I ~ .-111Pb

u ?t --~~-,g;t-. ' IV ___ :---1--- ---- 'me I -;,.~ I .... vAF]

0 00 fZO 180 0 00 ftO f80'C /(ok/!lmtemperfJlur

~usammensetzung der Legiernng in %

Sb CIl Pb I l~'e

:),78 3,5;;

I (j,30

I 0,04

7,14 3,74 0,25 wip T zusatzHeh 1 % eel

9,88 4,21

I 0,33

I 0,05

10,75 :3,90 0,30 O,(J4 wi" 11 wsiitzlich 1 '/0 Cd wi" II zusiitzlich 4 % Ph

10,1 3,SJU

I 4,1

I 0,07

10,5 1.0:3 48,1i 0,04 14,(; 0,04 70,1

As

0,03 0,03

0,03

o,on o,on o,on

Abb.4-0a. Einftull der GielllJedingungcn auf (lie statlsclH' Festigkeit cinigcr 'VeiLInH'talle. C~ach Arrowsmith).

Uber die DunnflUssigkeit del' WeiHmetalle ist nul' wenig bekannt Zahlentafel 6 enthiilt einige orientierende Messungen mit einer Spimlkokille nach Courty (Abb, 41) an yerschiedenen bleireichen WeiHmetallen bei verschiedenen DieH- und Kokillentempel'aturen1 , Die als l''laH fur das FlieHvermiigen angegebenen Spimlliingen lassen noch keine abo schlicHende Beurteilung zu,

Es erscheint auffallig, daB fur LgPbSn9Cd (ZahlentafeI6) bei Kokillcntemperaturen zwischen 2:~0 und 2500 eine von 450 auf 5200 gesteigerte GieBtempcratur cine Abnahme des FlieBvermiigens hewirkt, wahrend andererseits hei eiller niedrigcn Kokillentemperatur von 1200 eine GicBtemperaturzunahme von 450 auf 1i20° cine Zunahme der Fluiditat bewirken soU.

1 Entnommen: ,,\\'erkst. u. Betr.", Ed. 83 (1950) S.372.


Ternare Blei-Zinn-Antimon-Legierungen neigen zur Schwereseigerung; dies gilt besonders fur Legierungen der Zustandsfelder 6 und 7 (s. Abb. 31) In der Lagerpraxis versucht man, das AusmaB der Seigerung, das im

gieIJlempera'/l/r

;Or-__ ~~~ __ ~r-r-__ '-~~ __ ~~r-__ ,-~¥Jl~~_OrC __ -,~ %

f81----t.-~,,--f---\-+

II t--~-+-----1---I; -'"4---f'" --tl----1---4---+

o 50 f20 190 0 50 ftO 50 ftO

Kokil/enfempl!l'fIful'

Abb. 40b. l~influll der Gief3bedingungcn anf die Dehnung einiger Weif3mctalle. (Nach A rrowsmi'lt).

Zusammensetzung der Legierungen siehe Abb. 40a.

ubrigen auch noch vom Zinngehalt der Legierung abhangig ist, durch beschleunigte Abkiihlung nach dem GuB zu verringern. Je schneller die Abkiihlung erfolgt, urn so feinkorniger sind die b- und p-Primarkristalle und urn so verschwommener erscheinen die eutektischen Gefiige (Pb + IX) und (Pb + P).

Die praktisch wichtige, seigerungshemmende Wirkung von Arsenzusatzen zeigt Zahlentafel7.

Bindung zwischen WeifJmctall tmd StUtzschale. Die Leistungsfahigkeit eines WeiBmetallagers wi I'd maBgeblich mitbestimmt durch die Gute der Bindung zwischen del' AusguBschicht und dem Stiitzschalenwerkstoff. Sie ist ein Faktor, del' urn so mehr Gewicht b3sitzt, je diinner dieAusguBschicht ist.

Das wissenschaftliche und technische Problem del' Bindung umfaBt folgende Teilfragen:

54 W. Bungardt: Legierungen mit Blei odeI' Zinn als Hauptbestandteil.

1. Wie kommt die Bindung zustande? - Welchen strukturellen Aufbau besitzt die Bindungszone und welche Einfliisse haben die Gefiigekomponenten und ihre Anordnung innerhalb diesel' Zone auf die Leistungsfahigkeit ?

2. Welche Festigkeit ist in del' Grenzebene zwischen dem Weil3metall und dem gebrauchlichen Schalenwerkstoff bestenfalls zu erreichen?

3. Welche fertigungstechnischen Voraussetzungen sind hierzu erfordcrlich? (Vorbehandlung der Schale,

Jcllniff A-8

Verzinnungs- und Giel3be· dingungen, Ausgulltechnik.)

Wir werden uns im folgenden vorzugsweise mit den Fragenkomplexen 1 und 2 befassen; hinsichtlich der dritten Frage mull auf das einschlagige Schrifttum verwiesen werden, insbe· sondere auf die Heuere

~~~:z:~~~~~~~~~~~'~~~f~~ Arbeit von P .G.ForresterJ. Vorweg sei bemerkt, daB es bei WeiBmetallen im allgemeinen nieht sehwierig is t, eine gute Haftung mit den giingigen Sehalenwerkstoffen Sta,hl und Bronze zu el'zielen. So haben z. 13. Pell-WaZpole 2 und Prytherch3 fUr versehiedene WeiBrnetaJJe auf Stahl und ander-en Sehalen wel'kstoffen naehgewiesen , daB bei l'iehtigel' Verzinnung und geeigneten Abkiihlungsbedingungen die Bindungsfestigkeit wenigstens gleieh odeI' sogar groBer

~.

Abb. 41. Spiralkokille n:lch Courty . (Aus : " Werkst . u. Betr.", J3rl. 83 (1050), S. 372).

als die Festigkeit des WeiBmetalis ist. Sehwieriger liegen die Ver-hiiltnisse bei GrauguB und Aluminium, fUr die jedoeh neuerdings bmuehbare Verfahren, die sieh in erster Linie auf eine geeignete Vorbehandlung del' Sehale beziehen , entwiekelt worden sind 1 , 4, 5.

1 Forrester: Zit. S.42. 2 Pell-Walpole, W. T.: J. Inst. Metals Bd. 68 (1942) S. 217 . 3 Prytkerch, J. C.: J. Inst. Metals Bd. 68 (1942) S. 230. 4 Forrester, P. G. u. L. 7'. Greenfield: J. Inst. Met. Bd.73 (1946) Part 2,

S.91 (104. 5 Forrester, P. G. u. L. T. Greenfield: J. Inst. Met. Bd.74 (1948) S. 525(536.


Die Bindung zwischen den beiden Metallen kommt durch einen Diffusionsvorgang zustande. - Die GiUe der Bindung kann auf zweierlei Art vermindert werden: erst ens durch schlechte Adhasion des WeiB

metalls mit der StutzZahlentafel 7. EinflufJ des Arsens auf die Seigerung

von Blei·Zinn- WeifJmetallen.

(Nach L. E. Grant.)

GuU-Lage der Cherrtische Zusammensetzung

bliick-chen untcrstlchtcn in 0/0 Harte

Nr. SteJle

As I Sb I Pb fin

1 Blockkopf 0,08 16,94 12,71 70,27 31,2 BlockfuB 0,03 10,72 8,41 80,84 22,8

2 Blockkopf 0,54 14,'l1 10,80 73,85 25,9 BlockfuB 0,08 11,08 7,49 81,35 22,8

3 Blockkopf 1,53 14,62 10,62 73,23 31,2 BlockfuB 1,35 14,84 10,44 73,37 28,4

schale als Folge einer schlechten tech-nischen Ausfiihrung und zweitens durch sprode intermetallische Verbindungen in der Heruhrungse bene. Besonders die zweite Fehlerquelle ist fur ZinnweiBmetall sehr eingehend untersucht worden, wahrend fur bleireiche WeiBme

talle ahnlich systematische Untersuchungen noch ausstehen. Bevor die wesentlichsten Ergebnisse neuerer Untersuchungen iiber die Bindungs

festigkeit dargestellt werden sollen, ist es notwendig, kurz auf die Priiftechnik einzugehen, mit del' die Bindungsfestigkeit gemessen wird. Es sind sehr unterschiedliche Verfahren in Gebrauch. So wird z. B. die Bindungsfestigkeit haufig bei reiner Zug- odeI' Scherbeanspruchung gemessen; daneben finden sich technologische Priifverfahren, z. B. nach einem Vorschlag von Chalmers1. Bei diesem Verfahren wird durch Hohlbohren del' WeiBmetallschicht bis zur Stahloberflache ein 'V'eiBmetallkern isoliert; auf del' anderen Seite des Verbundkorpers wird ebcnfalls durch Ausbohren del' Stahl bis zum WeiBmetall entfernt. Die Mittellinien des WeiBmetallkerns und del' Bohrung auf del' Stahlseite fallen zusammen. Die Priifung del' in del' so vorbereiteten Probe verbleibenden ringformigen Bindungs-

Zahlentafel 8. Vergleich der Bindungsfe8tigkeit bei ver8chiedenen M efJverfahren. (Nach Forrester und Greenfield.)

Rindungs- IHndungs-Lcgicrung Abkiihlung festigkeit festigkeit Ergebnisse der MeiBelprobe

naeb dem GuG rcine Scherung Chalmers-Probe kg/mm' kg/mm2

7 Sb/31/ 2 Cu Wasser- 5,4 8,6 Gute Bindung; kiihlung kraftige Schlage

sind zur Trennung del' Bindung not-wendig.

7 Sb/:31/ 2 CU Wasser- 4,8 4,2 leichter Schlag kiihlung fiihrt zur Trennung

7 Sb/31/ 2 Cu Luft- 4,9 3,2 del' Bindung. kiihlung

1 Chalmer8, E.: J. lnst. Met. Bd. 68 (1942) S. 253.


flache geschieht in einer gceigneten Vorrichtung durch Druckkrafte. Del' Bruch erfolgt zum Teil durch Abreif3en del' Weif3metallschicht, zum Teil durch Einreif3en des Weillmetalls an den Kanten. - Bei einer Versprodung der Bindungszone, z. B. durch intermetallische Verbindungen, liefert die Chalmersche Probe geringere Bindungsfestigkeiten als bei homogener statischer Beanspruchung, z. B. durch reine Zugoder Scherkrafte.

Von Forrester und Mitarbeitern J- a ist dara uf hinge wiesen worden, dall eine Priifung mit reiner Zug- oder Seherbeanspruchung nichts iiber die Zahigkeit der Bindung aussagt. Sie lallt z. B. die versprodende vVirkung von CuSSn5 - oder FeSn2-Saumen nicht deutlieh erkennen. Wird jedoeh die Priifung mit del' Meillelprobe oder auch mit der oben erwahnten Chalmers-Probe vorgenommen, so wird die zahigkeitsmindernde Wirkung del' sproden intermetallischen Z wischensehichten bessel' sichthar. Zum Beweis

5 r--'---.--.---~~r-~~ Tons/Sq.-Inch

5r-~7t~~~~91

Abb. ~2. Billciungsfestigkeit lind Streu]wr('ieh VOIl

7..illll\veWmctallen auf weichem Stahl. C~ :ldt PONe",!-!'r lind Green,field). 1 tjsq-inch = 1,5 7 kg/mm 2 •

hierfiir gehen Forrester und Greenfield 3 in Zahlentafel 8 eine vergleichende Gegeniiberstellung. Wah rend die Seherprobe hei hoheren Kupfergehalten die sproden

A bh. 4:3. Schicht aus Cu6 Sn/j-J\ ridtal1en zwis,',hen Stahlschale una Zinnweillmelall 7Kb/7CII. 400Illal.

(Nach Forrester 1I1Hl Un'I'nIield).

CuSSn5-Saume nur schwach anzeigt, geben die Chalmersund auch die Meillelprobe ihren nachteiligen Einfluf3 deutlicher wieder.

Auch mit Bicgcschlagversuchen ist ein GiitcmaB fiir die Festigkcit del' Bindung zu crmittcln versucht worden 4. Eine cinfache MeiBclprobc hat sich ebenfalls bcwahrt; die Bindung wird hicrhei durch Hammer und Meillel gelost nnd aus der zur volligen Trennung notwendigcn Schlagarbeit qualitativ auf die Giite del' Binduug geschlossen.

Die Priiftechnik mit reincr Zug- oder Scherbean

spruchung ist VOl' allem praktisch wertvoll zur Feststellung von Fehlern im Materialzusammenhang zwischen Ausgullschicht und Stiitzsehale. Diskontinuitiiten, die hier vorhandell sein konnen und die sich z. B. boi mikroskopiseher

1 Forrester: Zit. S. 42. - 2 Forrester: Zit. S. 54, 4. - - 3 Forrester: Zit. S. 54, 5. 4 Bradley, J. N. u. H. O'Neill: ,J. lnst. Met. B 68 (1942) S. 259.

MetaJlurgische Eigenschaften. 57

Untersuchung als Spalt zu erkennen geben wiirden, sind durchweg auf eine ungeniigende Vorbereitung der Stiitzschale (bei GuOeisen auch auf Gefiigebedingtheiten: Graphitflocken) oder auf eine fehlerhafte GieBtechnik zuriickzufiihren.

Derartige Proben sind

, _ J __

Abh. 44. Schichten aus }'eSn, und ell,Sn, zwischen Stahlschale lind Zinnweillmetall 7Sb/7Cu. Bei 4500 cine Stunde verzinnt.

400mal. (Nach Forrester uud Greenfield.)

somit wertvoll fiir die Kontrolle der praktischen Arbeitsbedingungen.

Fur ZinnweiBmetalle sind die Bindungsvorgange und die erreichbaren Rindungstestigkeiten in Abhiingigkeit von del' chemischen Zusammensetzung des WeiBmetaIls, des Schalenwerkstoffs und del' Fertigungsbedingungen gut bekannt. Bei Kupfergehalten bis zu 3,5 % entspricht die erreich

bare Hindungsfestigkeit etwa der Festigkeit des Wei!3metalls. Auch del' EinfluB der Abkuhlungsgeschwindigkeit ist bis zu dies em Kupfergehalt nicht besonders ausgepriigt. Bei hoheren Kupfergehalten sinkt die Festigkeit del' l3indung jedoch betriichtlich, Abb. 42. MaBgebend fur diese Verschlechterung ist die Ausbildung von Schichtenaus sproden Cu6Sn5-Kristallen,die unmittelbar auf den

Zahlentafel 9. EinjlufJ der Gie(Jtemperatur auj die Bindungsjestigkeit von Zinnwei(Jmetall.

Gleitlagerwerkstofj: ZinnweiBmetall; Stutzschale: weicher FluBstahl. (Nach P. G. Forrester und L. T. Greenfield.)

Legierung

100"

Rindungsfestigkcitt (kgjmrn2)

GieGtemperatur iibersteigt die Liquitlus-Temperatur um:

5°

Stahl aufwachsen, 7 Sb/3,5 eu 7,1 8,6

Abb. 4:3, und deren 7 Sb/7 eu

Bildung yom Anti-3,4

1 Gemcs~en mit cler -Probe nach Chalmers.

4,2 7,6

mongehalt ziemlich unabhiingig ist. DieHe sprode Zwischenschicht entsteht durch Seigerung; sie ist dcmgerniiH durch unterschiedliche GieB- und Formtemperaturen beeinfluHbar. Ganz allgemein spielen die Erstarrungsbedingungen, d. h. die Erstarrungsgeschwindigkeit und auch die Riehtung, in der dem eingegossenen WeiBmetall del' Wiirmeinhalt entzogen wird, eine wichtige Rolle. Auch Kristallis1ttionsfremdkeime in der Stahloberfliiche, z. B. FeSn2-Kristalle, die bei der Verzinnung del' Stahlschalen entstehen,


konnen zur Bildung der sproden Cu6 Sns-Zwischenschicht wesentlich beitragen, Abb.44.

Unter praktischen Arbeitsbedingungen liiBt sich die Bildung diesel' sproden, zusammenhiingenden Siiume durch eine beschleunigte Erstnrrung verhindern. Auch del' EinfluB der GieBtemperatur ist beachtlich ; sie wird nach ZahIentafeI 9 am besten 150

niedrig wie moglich gehalten. -Das bei der AusguBherstellung durch HandguB iibliche "Pumpen" h11t auf die Eildung del' sproden Zwischenschicht wenig EinfluB.

Bei Anwesenheit von Kad-rnium. in zinnreichen WeiBmetallen ist zur Unterdriickung der Cu6Sns-Schicht in der BeriihrungHebene eine langsam.e Abkuhlung erfordedich, Za,hlentafellO. 1m Gegensl1tz zu kadmiumfreien Wei Bmetnllen iihnlicher Zusnmrnensetzung wird bei einer schnellen A bkuhlung die Bindungsfestigkeit stark verschlechtert.

Ein praktisch wertvoltes

AlJb. 45. Gefiigeaufbau cines gcschlclldertcn ZinnwciJ.\metalls 12Sb/3,;> Cu. 15ma!.

(Nach Forre.,t", lint! Green/ield).

Hilfsmittel zur Unterdruckung del' sproden intermetalJischen Zwischenschichten 1st del' SchlmldergujJ!. Die Komponenten der zinnreichen WeiBmetalle Cu 6SnS und SbSn haben eine gl'oBere bzw. etwas gel'ingere

Zahlentafel 10. EinflufJ der Abkuhlungsgeschwindigkeit auf die Bindungsfestigkeit eines ZinnweifJmetalls mit Kadmiumzusatz.

(Nach: P. G. Forrester und L. T. Greenfield.)

J3iwlungsfestigkcit1 (kg/nlln2 )

Legierun~ Relatives l\laB ftir die AbkHhlullj.{sgcschwindigkeit

(gcmcsscn an der 7.ur Abkiihlung verwentletcn \y ~\sscrmengc) Luftuhkilhlung

3000 cm3/min I 2000 em:l / rnin I 1000 cm'/min

9 Sb/2 Cull Cd ;{,8 4,0 6,9 9,7 9 Sb/2 Cu/2 Cd - - - 9,5 9 Sb/2 Cu/:{ Cd 2 -,0 - - 6,7

1 Gcmcsscn mit der Probe nach Chalme1's.

1 Forrester: Zit. S. 54, 5,


Dichte als die zinnreiche Grundmasse, so da.B die Cu6Sns-Kristalle unter dem Einflu.B der Fliehkraft zur Bindungsfliiche wandern, wahrend die SbSn-Kristalle sich an der inneren Oberflache des Ausgusses anreichern. Dieser erzwungene Seigerungseffekt ist in Abb.45 dargestellt.

Zahlentafelll enthalt Beobachtungsergebnisse tiber die Bindungsfestigkeit (neben Angaben tiber das Ausma.B der Seigerung), die besonders fUr die kupferreiche Legierung (7 Sbj7 Cu) bemerkenswert sind. Die Unterlegenheit der durch "Handgu.B" gewonnenen Bindung ist deutlich. Die hierfUr ma.Bgebenden sproden Cu6Sns-Zwischenschichten entstehen offensichtlich beim Schleudergu.B nicht. Man nimmt an, da.B durch den Rtihreffekt des Schleudergie.Bverfahrens der Ein£lu.B der Kristallisationsfremdkeime in der Stahlober£lache ausgeschaltet wird und dadurch das

Zahlentafel 11. Bindungsfestigkeit von ZinnweifJmetallen auf Stahl (SchleudergufJ)· (Nach P. G. Forrester und L. T. Greenfield.)

Umfangs-

I Mittlere

Chemische Zusammensetzung ('I,)

Legierung geschwindig- Bindungs- in der Nahe der I in der freien

keit festigkeit' Bindungsfiiiche Oberfiiiche

m/sek. kglmm' Cu Sb Cu Sb

7 Sb/31/ 2 eu I 3,73 7,54 6,7 6,5 1,8 7,2 7 Sbj31/2 eu 5,08 7,38 6,9 6,1 1,8 7,3 7 Sbj31/2 eu 6,35 7,22 8,3 6,2 1,8 7,5 7 Sb/31/ 2 eu 9,53 7,22 10,9 5,8 1,4 7,5 7 Sb/31/ 2 eu HandguB 8,48 - - - -

---------7 Sb/7 eu 5,08 7,69 - -

I - -

7 Sb/7 eu HandguB 4,08 - - - -

1 Gemessen mit der Probe nach Chalmers.

Ankristallisieren einer zusammenhiingenden Cu6Sns-Schicht unterbleibt. 1m GefUgebild waren die Bindungszonen stets praktisch frei von Cu6Sns-Ansammlungen.

Welchen EinflufJ hat der Schalenwerkstoff auf den Bindungsvorgang und die Bindungsfestigkeit ?

Fur Stahle mit 0,17 bis 0,38 % C, bis 0,28 % Ni, bis 0,27 % Cr ergeben sich keine wesentlichen Unterschiede; Abweichungen von der norma]en Fertigungstechnik, besonders lange Verzinnungszeiten bei hohen Temperaturen, fUhren zu einer Versprodung der Bindungsschicht durch FeSn2-Saume, Zahlentafel12.

Bei GraugufJ liefern normale Arbeitsbedingungen nur schlechte Bindungen, ma.Bgeblich verursacht durch Graphit£locken in der Ober£lache. Durch Zwischenschalten galvanisch aufgebrachter Eisenschichten kann die Bindung verbessert werden. Gunstig sollen sich auch zwei, zuerst von GresswelP angegebene Verfahren auswirken, bei denen die

1 Cresswell, R. A.: J. Iron Steel lust. Bd. 152 (1945) S. 157.


GrauguBoberflache vor der Verzinnung entweder einer eutektischen Salzschmelze aus ZnCl2 und NaCI oder aus NaN03 und KN03 ausgesetzt wird. Rei dem Chloridverfahren wird der die Bindung stOrende GraphiteinfluB nicht beseitigt, wahrend die Nitrattechnik ein - wenigstens teilweises - Ausschalten des Graphits durch Oxydation bewirken soll.

Das Chloridver-fahren besteht aus folgenden vorbereitenden Arbeitsgangen: Mechanische Sauberung; Erwarmen auf 300°; Eintauchen in die Chloridschmelze von 300 bis 3500 und normale Hei13verzinnung. Das N itratverfahren ist verwickelter; es erfordert folgende Arbeitsgange : Mechanische Sauberung und Entfettung; Bei-

Zahlentafel 12. Bindungsfestigkeit von ZinnweifJmetali (7,7 Sb/3,5 Cu) auf weichem Stahl. EinflufJ der Verzinnungsbedingungen. (Nach P. G. Forrester und L. T. Greenfield.)

Yerzinnung8~ Mittlere Stl'eubereich 'l'"erzinnungs- temp. Bindungs- (8 Rinzel-

dauer festigkeit' messlingen) oc kg/mm' k!Z/mm'

15 Sek. 2800 8,3 7,9 bis 8,7 15 Sek. 380° 8,2 7,3 bis 9,0

5 Min. 2800 8,3 8,0 bis 8,5 5 Min. 3800 8,2 7,5 bis 8,9

60 Min. 3800 7,5 6,9 bis 8,1 60 Min. 480 0 1,1 0,9 bis 1,2

zen in 10%iger ' Gemessen mit del' Probe von Chalme".

H 2S04 bei 85°; Ein-tau chen in das Nitratbad bei 3500 bis 4000 ; Beizen in lO%iger Fluorwasserstoffsaure zur Beseitigung des Oxydfilms; Flu13mittelbehandlung und Verzinnung.

Nach Zahlentafel13 sind die erreichbaren Hindungsfestigkeiten bestenfalls nur halb so groB wie bei weichem FluBstahl; da jedoch in GrauguBschalen die WeiBmetallschicht durchweg mit groBeren Schichtdicken zum Einsatz gelangt, diirften die Rindungsfestigkeiten in vielen Fallen ausreichend sein. Die ~itratbad-Vorbehandlung liefert die besten Resultate. Die bei reiner Scherbeanspruchung gemessene geringe Bin-

Zahlentafel 13. Bindungsfestigkeit von ZinnweifJmetali (7 Sb/31/ 2 Cu) auf GraugufJ. (Nach P. G. Forrester und L. T. Greenfield.)

Bindllngsfe8tigkeit' Zusammensetzung in °/0

Art del' (kg/m')

Ges~mt I I

Probe Nitrat- Chlorid- I Galvanischer Si Mn P bad- bad- Eisen-

Behandlung Rehandlung iiberzllg

3,0 1,45 0,9 I 0,12 Chalmers 3,9 2,8 I 2,0 3,10 1,90 0,7 0,16 Chalmers 4,4 3,0 2,0 3,30 2,20 0,8 0,20 Chalmers 3,8 2,0 2,0 3,25· 3,00 0,55 1,00 Chalmers 5,5 1,9 1,4 Graugu13, unbekannt Chalmers 5,5 4,6 -

Graugu13, unbekannt Scher- 2,8 2,7 -probe I

1 Gemessen mit der l>robe von Chalmers.

Mechanische Eigenschaften. 61

dungsfestigkeit deutet auf Bindungsfehler hin. (Diskontinuitaten durch Graphitflocken). - Die Zusammensetzung des Graugusses ist offensichlich von geringem EinfluB.

Bei Zinnbronzen mit oder ohne Phosphor und Zink werden die Eigenschaften in der Bindungszone entscheidend beeinfluBt durch das Auf-

Zahlentafel 14. EinflufJ der Verzinnungsbedingungen bei Zinnbronzen (mit 10 bis 14% Sn) auf die Bildung spader Cu6Sns·Zwischenschichten.

(Nach P. G. Forrester und L. T. Greenfield.)

Yerzinnungs~ Verzinnungs~ temperatur zeit

250 15 Sek. 250 5 Min. 450 15 Sek. 450 5 :Min.

Ergebnis der metallograph. t:ntersuchung

praktisch CuaSn5 frei Spuren von CuaSn5

diinne Cu6 Sns-Schicht dicke CuaSns·Schicht

Yerhaiten der Bindung bei der MeiBeiprobe

zahe Bindung zahe Bindung ziemlich spriide Bindung sehr spriide Bindung

treten von Cu6Sn5-Saumen. Urn ihren EinfluB auszuschalten, miissen beim Verzinnen und GieBen die Arbeitstemperaturen und -zeiten so gering wie moglich gehalten werden, Zahlentafel14. Die erreichbaren Festigkeiten entsprechen den bei Stahl erzielten.

Auch bei Aluminium lassen sich gute Bindungen erreichen, die denen bei Stahl oder Zinnbronzen erzielbaren entsprechen; Voraussetzung hierfiir ist eine geeignete V or behandlung1•

4. Mechanische Eigenschaften.

Jede Lagerlegierung muB statisch- und dynamisch-wirkende Krafte bei normaler und erhohter Temperatur iibertragen. Aus dieser Festigkeitsgrundforderung, die nur einen Teil der an einen Lagerwerkstoff zu stellenden Forderungen umfaBt, folgen fUr die Lagerpraxis gewisse Mindestdruck-, Biege- und Dauerfestigkeitswerte, deren GroBe von der Betriebsbeanspruchung abhangt. Mit der Besonderheit der Kraftiibertragung im Lager: eine sich drehende Welle oder ein rotierender Za pfen iibertragt iiber einen diinnen Olfilm die Last auf eine ruhende Schale, ist die praktisch wichtige Forderung nach einer gewissen Formiinderungsfiihigkeit des Lagermetalls eng verkniipft. DieEe Forderung verlaBt aber bereits das reine Festigkeitsgebiet des Lagerproblems; sie greift hiniiber in den Bereich der Gleiteigenschaften, und hier speziell in die Problematik des FreBvorgangs.

Das Fressen ist ein komplizierter physikalischer Vorgang2, fUr den nach dem heutigen Stande der Erkenntnis zwei EinfluBgriiBen bestimmend sind. Erstens spielt die Haftfestigkeit des 01s eine bedeutsame Rolle; sie hangt nicht nur von

1 Forrester: Zit. S.54, 5. - 2 Siehe hierzu G. J. Finch: Proc. Phys. Soc. Sect. B. Bd. 63 (1950) S. 465/83.

62 W. Bungardt: Legierungen mit BIei oder Zinn als Hauptbestandteil.

dem Lagerwerkstoff. sondern auch von den spezifischen Eigenschaften des Schmiermittels abo Sie kann demnach nur beurteilt werden, wenn das ganze System Metall-Ol ins Auge gefaBt wird 1. - Zweitens spielen rein stoffliche Beziehungen zwischen dem Metallpaar Welle-Lagermetall eine wichtige Rolle. Beim Start oder beim Auslaufen der Maschine entsteht im Bereich der Grenzreibung metallische Beriihrung zwischen heiden }letallen. Da die Lageroberflache keine Flache im mathematischen Sinne darstellt, sondern mehr oder weniger rauh ist, erfolgt die Beriihrung zunachst nur ortlich an wenigen Stellen, die demgemaB hoch beansprucht werden. Die Folge hiervon sind ortliche VerschweiBungen, die aber zunachst wieder zerstort werden. Je nach der Festigkeit dieser SchweiBverbindung oder der Festigkeit des Lagermetalls oder der Festigkeit des Wellenwerkstoffs

Zahlentafel 15. Harte und Warm harte einiger Zinnweipmetalle mit Kadmiumzusatz. (~ach C. E. Homer und H. Plummer.)

Zusammensetzung in ./. GieJ3- Brinellharte (5/25/30) Dehnung

im Bereich tempe- zwischen

I ratur

I I 20 und 120' 0

Sb Ou Od Sn '0

20 • 100 • 140 • in ./.

3,5 3,5 I - Rest 325 13,6 7,8 5,7 35-50 3,5 3,5 1,0

" 305 20,2 10,6 7,5 23-35

3,5 3,5 3,0 " 305 26,1 15,1 10,7 15-25

3,5 3,5 5,0 " 305 23,9 14,0 10,1 20-25

7,0 3,5 -"

285 18,0 9,9 7,1 15-45 7,0 3,5 1,0

" 350 22,5 12,0 8,0 10-30 7,0 3,5 3,0

" 365 28,7 16,8 11,2 10-20

7,0 3,5 5,0 "

365 30,9 18,1 10,0 8-13 7,0 3,5 7,0

" 300 27,9 15,3 11,4 8-15

10 7 -" 360 21,2 11,9 8,8 10-35

10 7 1 "

3(:;0 26,9 14,9 10,2 5-20 10 7 3

" 360 30,0 15,9 10,9 3-13 10 7 5 " 360 28,1 16,8 14,3 I 2-8 10 7 9 " 360 33,2 18,9 12,8 2-6

geschieht die Zerstorung in der SchweiBverbindung selbst oder im Lagermetall (was die Regel ist) oder im Wellen material. In der Mehrzahl aller FaIle entstehen bei diesem Vorgang in der Lageroberflache Narben oder Kerben, die den Beginn des Fressens anzeigen. Die aus der La,geroberflache herausgerissenen Partikelchen sind dann meist auf der WeIlenoberfIache aufgeschweiBt. VoIlzieht sich der VerschweiBungsprozeB gleichzeitig oder in einer kurzen Zeitspanne an sehr vielen Stellen, so wird der Gleitvorgang vollig anomal und fiihrt zu einer weitgehenden Zerstorung der Lageroberflache. Man spricht dann von "Fre8sen".

Die Bedeutung der geforderten Formanderungs/ahigkeit wird hier sichtbar; besitzt namlich der Werkstoff eine gewisse Anpassungsfahigkeit, d. h. fiihren die ersten metallischen Beriihrungen zu einer plastischen Deformation des Lagermetalls an den kritisch beanspruchten Stellen, so nimmt zwangslaufig die tragende Flache zu; die spezifische Flachenbelastung und damit auch die Warmeentwicklung

1 Das angelsachsische Schrifttull1 faBt aIle hiermit zusammenhangenden Probleme in dem Wort "oiliness" zusammen. Ein inhaltlich gleichwertiger deutscher Ausdruck [shIt.


nimmt ab und die Bildung der ersten FreBnarben unterbleibt. AUe Weijimetalle besitzen diese Eigenschaft in hervorragendem lWajie. Ihr relativ niedriger Schmelzpunkt wirkt ferner der Bildung fester VerschweiBungen entgegen. An dieser Stelle

Zahlentafel 16. Einfluji eines N ickelzusatzes auf die Eigenschaften eines ZinnweijimetaUs mit 93% Sn, 3,5% Cu und 3,5% Sb.

(Naeh Mundey und Bissett.)

Zng- Streckgrenze Dehnung Xr. Xickelzusatz Rrinellharte festigkeit (bleibende in %

in % in kg/mrn' Dehnnng (MeIJUinge 0,05 ./.) 50,8 mIll)

1 0,0 24,9 8,1 I

5,6 1l,6 2 0,1 19,3 7,2 4,4 18.0 3 0,2 21,5 7,2 4,4 12,2 4 0,3 22,3 6,9 4,0 6,1 5 0,4 21,5 7,2 4,7 1l,0 6

I 0,5 21,5

I 5,6 4,7

I 5,7

7 1,0+4%Cu 20,1 6,4 4,0 15,4

tritt aueh die Bedeutung niedrigschmelzender (und weicher) Metallschichten hervor, die he ute bei festeren und harteren aber dementspreehend auch weniger formanderungsfahigen und hoher sehmelzenden Gleitlagerwilrkstoffen zur Verhinderung des Fressens iiblich geworden sind.

Die Forderung nach ausreichender Formanderungsfahigkeit hat weiterhin aueh noch Bedeutung fiir die Betriebssicherheit des Lagers, insofern als sie gewisse Einbaumangel, Durchbiegungen der Welle unter Last und ahnliehes durch plastisehe Deformation unsehadlieh maehen solI. Letztlieh handelt es sieh auch hier darum, der FreBgefahr an den kritisch beanspruchten Lagerstellen zu begegnen,

Zahlentafel17 . Harte und Warmharte (100 0 C) von Zinn- und Blei-Zinn- Weijimetallen_ (Naeh USA Metals Handbook 1948.)

Norm- Cherrtische Zusammensetzung Harte (10/500/30) hezeichnung in % kg/mm'

AST.\I

I I I I (siehe Tabelle

en Sn Sb Pb 20' 100 " 1, 2 nnd 3)

Alloy Grade 1 4,56 90,9 4,52 0,00 17,0 8,0 2 3,1 89,2 7,4 0,03 24,5 12,0 3 8,3 83,4 8,2 0,03 27,0 14,5 4 3,0

I 75,0 1l,6 10,2 24,5 12,0

5 2,0 65,5 14,6 18,2 22,5 I 10,0

6 1,5 19,8 14,6 63,7 21,0 10,5 7 O,ll 10,0 14-,5 75,0 22,5 10,5 8 0,14 5,2 14,9 79,4 20,0 9,5

10 0,12 2,05 15,7 82,0 I 17,5 9,0 II 0,19 0,09 14,8 84,7 15,0 7,0 12 0,12 O,ll 9,9 89,4 14-,5 6,5 15 0,5 1,0 15,0 82,5 21,0 13,0 16 0,5 10,0 12,5 77,0 27,5 13,6 19 - 5,0 9,0 86,0 17,7 8,0

~4 lV. Bungardt: Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil.

die mit diesen praktischen Gegebenheiten zwanglaufig verkniipft ist. So verursacht z. B. eine Verbiegung der 'Velie an den Lagerenden Kantenpressungen; der Olfilm wird zerstort und die Voraussetzung fiir einen Fresser ist gegeben. Vermag der Lagerwerkstoff die ortliche Uberbeanspruchung durch plastische Deformation auszugleichen, ist die Gefahr meist erheblich vermindert. - Als MaB fiir die Formanderungsfahigkeit dienen vorzugsweise die Ergebnisse aus Druckversuchen und E-Modul-Messungen.

Es ist eine besondere Schwierigkeit des Lagerproblems, daB die sonst zur Werkstoffbeurteilung verwendeten technologischen KenngroBen

Zahlentafel18. Hiirte und Warmhiirte von Lagermetallen auf Blei- und Blei-Zinn-Basis. (Nach DIN 1728E.)

K urzzeichen Brinellharte (kg/mm')

(siehe Tabelle (P = 2,5 D': 180 sec.) Bemerkungen

1 und 2) 20' 0 50' 0 100'0

LgPbSb 12 21 bis 25 12 bis 20 7 bis 3 Schmelzbereich: 254-380° C GieBbereich: 380-550° C

LgPbSb 16 17 15 10 Schmelzbereich: 240-300° C GieBbereich: 400-530° C

LgPbSn 5 21,5 13 5,5

1 untere Werte. (WM5) Schmelzbereich: 235-370° C

LgPbSn 10 23,0 16 8,5 I GieBbereich: 420-450° C (WMlO)

LgPbSn6 Cd 26 bis 28 20 bis 22 14 bis 16 Schmelzbereich: 245-420° C GieBbereich: 480-520° C

LgPbSn9Cd 24,0 20 12 Schmelzbereich: 240- 300° C GieBbereich: 430-480° C

LgSn 80 29,5 21,0 9,5 Schmelzbereich: 230-400° C (WM80) GieBbereich: 440-460° C

allein keine Gewahr fiir das Verhalten des Lagermetalls in der Praxis bieten; das hat bekanntlich seinen Grund in der komplexen Verkniipfung von WerkstoffkenngroBen, konstruktiven Details und der Art der Schmierung und des jeweils verwendeten Schmiermittels. Immerhin geben sie aber doch einen ersten Anhalt; hierin liegt ihr Wert.

a) Statische Festigkeitseigenschaften. Harte. Von allen technologischen Werkstoffkennwerten sind Harte und Warm-harte am haufigsten untersucut worden. Fiir zinnreiche WeiBmetalle geben systematische Messungen von F. K. v. Gfiler und H. Pfister l einen guten Uberblick iiber den

1 v. Giiler, F. K. u. H. Pfister: Metallwirtschaft Bd. 15 (1936) S. 342/348, 265/368.


EinfluB der Zusammensetzung und der Temperatur, Abb. 46. Bei gleichem Kupfergehalt nimmt danach die Harte mit steigendem Antimongehalt zunachst zu; nach Oberschreitung der Loslichkeitsflache fUr Antimon erfolgt jedoch nur noch ein geringer Anstieg. Auch mit steigendem

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Kupfergehalt ist bei sonst gleicher Zusammensetzung eine Hartezunahme verbunden.

Nach Abb. 46 nimmt mit steigender Temperatur die Harte betrachtlich abo Dieser Erweichungsvorgang ist in Abb. 47 fur elmge zinnreiche WeiBmetalle dargestellt; man sieht, daB trotz der ver haItnismaBig groBenHarteunterschiede bei Raumtemperatur die Hartewerte aller Legierungen bei hoheren Temperaturen sich immer mehr angleichen. Das starke Absinken der Harte be-

o 2 10 12 grenzt die Anwendbarkeit zinn-Gew.-% reicher WeiBmetalle bei hoheren

Abb. 46. Einflull der ZU8ammensetzung und der Temperatur auf die Harte vonZinn-WeillmetaIIen.

(Nach v. Giiler und Pfister.)

Temperaturen. Die Bedeutung der Legierungs

zusatze Kadmium und Nickel zeigen die Zahlentafeln 15 und 16. Nach C. E. Hom,er und H. Plummerl

nimmt die Harte - unabhangig von dem VerhaItnis Antimon: Kupfer -mitsteigendemKadmiumzusatzzu,ZahlentafeI15;einZusatzvonmehrals 3 % Kadmium bringt aber keinen weiteren Vorteil, da die Formanderungsfahigkeit der Legierung sich hierbei verschlechtert. Ferner ist zu beachten, daB z. B. ein WeiBmetall mit 7 % Antimon, 3,5 % Kupfer und 3 % Kadmium schon bei 1700 schmilzt. Bei geringerem AntimongehaIt erfolgt das Aufschmelzen bereits bei weniger als 3 % Kadmiumzusatz. Bietet somit ein Kadmiumzusatz in gewissen Grenzen eine Verbesserung, so schelnt dies fur eine Nickelzugabe nach A. H. Mundey und C. C. Bissett 2 fraglich. Nickel bringt, wie auch Festigkeitswerte in Zahlentafe1l6 zeigen, keinen nennenswerten Vorteil. - Bleizusatze verursachen bei Raumtemperatur eine Hartesteigerung, die jedoch in der Warme fehIt.

Die Abhangigkeit der Harte von der Zusammensetzung und der Temperatur fur verschiedene Blei-Zinn-WeiBmetalle enthalten die AbbAS und 49. Mit wachsendem ZinngehaIt bis zu etwa 10 % steigen die Harte-

1 Homer, C. E. u. H. Plummer: Techn. Pub!. Internat. Tin. Res. Develop. Council, Ser. A Nr. 57 (1937).

a Mundey, A. H. u. C. C. Bissett: J. Inst. Met. Bd.30 (1923 II) S. 115.

5 Ko.hnel, Gleitlager. 2. Aufl.

66 W. Bungardt: Legierungen mit Blei oder Zinn als HauptbestandteiI.

und Warmhartewerte an; hohere Zinnzusatze bringen keinen weiteren Anstieg. Kupfergehalte steigern erst oberhalb 1,5 % die Harte und Warmharte. Aus Abb.49 ist zu ersehen, daB die bleihaltigen WeiBmetalle 5 bis 42 und 70 den zinnreichen WeiBmetallen WM 80 und WM 80F unterlegen sind.

Die Zahlentafeln 17 und 18 geben schlieBlich noch fUr praktische Bediirfnisse eine Ubersicht iiber die Harte und Warmharte genormter WeiBmetalle.

Zugversuche. Einen Uber-blick iiber den EinfluB der kgfmm2

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Zusammensetzung auf die Zugfestigkeit von ZinnweiBmetallen (GieBtemperatur500~,Kokillen

temperatur 200°) gebendieMeBergebnisse in Abb. 50 1• Mit sinkendem Zinngehalt nimmt die Formanderungsfahigkeit der Legierung stark ab; in der gleichen Richtung wirkt auch ein zunehmender Kupfergehalt. Eine Bestatigung dieser Zusammenhange enthalten die Zahlentafeln 19 a und b, die MeBergebnisse an handelsiiblichen LagerweiBmetallen wiedergeben. Der Vorteil des Kadmiums folgt aus einem Vergleich der Legierungen 7 und 8, 9 und 10, 15 und 16 bzw. 17 und 18 (Zahlentafel 19 a). Die verbessernde Wirkung ist am starksten bei geringen Antimon- und Kupfergehalten. Den EinfluB eines

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Bezeichnung

Hoyt-Metal! Nr.1 Nr.3 WM80F WM80 MSF

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Abb. 47. Warmhiirte (H 10/62,5/180 bzw. H 1O/60/?) einiger hochzinnhaltiger Lagermetal!e. (Nach I). GOlM und G. Sachs (a) und

Herschman und Basil (b).)

Zusammen8etzung der Legierungen in Abb. 47.

Chemische Zusammensetzung in 0/0 Sn Sb Cu Rest

89,75 7,0 3,0 0,25 Ni 90,9 4,6 4,5 -83,8 8,1 8,1 I -~O ~O ~O -80,0 12,0 6,0 2,00 Pb

Hochzinnhaltiges, bleifreies WeiBmetal! mit KadJIliumzusatz

Bemerkung

10/62,5/180 10/60/ ? 10/60/ ? 10/62,5/180 10/62,5/180 10/62,5/180

1 v. Goler: Zit. S. 64.

Mechanische Eigenschaften_ 67

hoheren Bleizusatzes zeigt ein Vergleich der Legierungen 17 und 19; besonders in der Wiirme verschlechtert der Bleizusatz sowohl den Formanderungswiderstand als auch das Formanderungsvermogen.

Fiir Blei-Zinn-WeiBmetalle andert sich die Zugfestigkeit mit der Zusammensetzung der Legierung nach Abb.51. Bei zunehmendem Zinn-

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zuerst starker, dann langsamer zu. Es ist jedoch zu beachten, daB andere Forscher namentlich bei geringen Zinngehalten -im Vergleich zu der angegebenen Kurve hOhere Festigkeitswerte beobachten. Die Ursache hierfiir liegt vermutlich in unterschiedlichen GieBund Erstarrungsbedingungen, deren bedeutsamer EinfluB bei Blei-ZinnWeiBmetallenschon erwahnt worden ist.

Den EinfluB unterAbb.48. Harte von Blei-Zinn-WeillmetaJJen in Abhiingigkeit von der Zusammensetzung und der Temperatur (GieJ3temperatur 500°; Ro- schiedlicher GieB

I I 4 71,5 10 15,5 3,0 8 12,0 70 13,0 5,0

kiJIentemperatur 200°). (Nach v. Goler und F. Scheuer.) und Erstarrungsbedingungen auf Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung sowohl an zinnreichen als auch bleireichen WeiBmetallen ist von R. Arrowsmith 1

eingehender untersucht worden. Auf die Ergebnisse dieser Untersuchung ist bereits friiher hingewiesen worden (Abb. 40a, b, S. 52, 53).

Zur Kennzeichnung des Verhaltens in der Warme sind auch KurzzerreiBversuche bei hoheren Temperaturen ausgefiihrt worden 2, Zahlentafel19a und c. Derartige Angaben haben praktisch keine groBe Bedeutung, da schon bei Raumtemperatur sowohl zinnreiche als auch bleireiche WeiBmetalle bei Spannungen, die weit unter der Streckgrenze

1 Arrowsmith: Zit. S.49. - 2 GTeenwood, H.: Techn. Pub!. Int. Tin. Res. Develop. Council, Ser. A Nr.58 (1937)_

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Abb.49. Wannhiirte vonBlei·Zinn·WeiBmetallen. (Nachv.Giiler halten von Zinn-WeiBme- und G. Sachs.)

tallen unterschiedlicher Zusammensetzung beim Druckversuch verdeutlicht Abb.522. Auch hier zeigt sich, daB mit steigendem Antimonzusatz sowohl die

Nr.

1

2

3

Zahlentafel19c. Warmzugversuche an Blei.Zinn·WeifJmetallen. (Nach USA Metals Handbook 1948.)

Chemische Zusammensetzung Dehnung in ./. Temp. Zugfestigkeit' (I. = 2 Zall)

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15,0 1,00 1,0 Rest 25° 7,28 2,0 100° 4,50 9,0 150° 2,37 26,0 200° 0,88 95,0

15,0 5,0 - Rest 25° 7,03 5,0 100° 3,82 27,0

I 150° 2,04 55,0 200° 0,84 100,0

1 Yor der Messung 20 Minuten bei der Versuchstemperatur gehalten.

1 Siehe hierzu D. Hanson u. E. J. Sandford: J. Inst. Met. Bd. 59 (1936) S. 159 u. B. Ohalmers: Proc. Roy. Soc., Lond. Bd. 156 (1936) (AJ) S.427.

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7

tF ~ e. ~ tz:j l' ~ ~ p -.J .....


Bruchspannung als auch die Quetschgrenze so lange zunimmt, bis das Sattigungsvermogen der Grundmasse fur Antimon erreicht ist und die ersten kubischen SbSn-Kristalle im Gefiige auftreten. Bei weiterer

o 6 8 Sb-6ehall

10 12 Gow.%

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X7~5 nach Versuchen von: §' 8r---+--"_----+-----l---"'-~~ ~3 I---I--I!Ji 0 Mundey8isselfu.COrHand_

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10 12 Gew-% o '-IiI_'0 20 30 '10 50 fJO 7Q

Abb. 50. Zugfestigkeit uud Dehuung von Zinno WeiBmetallen unterschiedlicher Zusammen

setzung. (Nach v. Goler und Pfister.)

Sn-6ehaff Gew.-% Abb. 51. Ergebnisse von Zugversuchen an Blei· Zinn-WeiBmetallen. (Nach v. Goler nnd Scheuer.)

Steigerung tritt keine wesentliche Verbesserung mehr ein. Das Formanderungsvermogen dieser Legierungen wird maBgeblich durch die Rohe des Kupfergehaltes bestimmt. Bei mehr als 6 % Kupfer bewirkt das Vorhandensein der Cu6SnS - Kristalle eine starke Verringerung der Stauchfahigkeit, Abb.52d.

Fur Blei-Zinn-WeiBmetalle gibt Abb. 53 AufschluB. Bis zu 10 % Zinn nimmt das Form-

anderungsvermogen (Stauchung) stark abo Bei mehr als 10 % Zinn erfolgt j edoch wieder ein

Zahlentafel 2l. Druckfestigkeit von WeifJmetallen nach DIN 1728.

Kurzzeichen (siehe Tabelle 1 u. 2)

LgPbSb 12 LgPbSb 16 LgPbSn5 (WM 5) LgPbSn 10 (W M 10) LgPbSn6Cd LgPbSn9Cd LgSn 80 (WM 80) 1 untere Werte.

Statischer Druckversnch bei 20° C

(h=d=20mm)

Druckfestigkeit kg/mm'

11 bis 14 13,6 11,81

12,51

17 bis 18 14,8 16,8

Stanchnng '/,

22 bis 42 35 bis 40

25,51

22,51

35 bis 40 30 bis 35

35,5

langsamer Anstieg. - Einen verwickelteren Zusammenhang laBt der Verlauf der Druckfestigkeit vermuten. Trotz der groBeren Streuung der MeBwerte scheint nach Beobachtungen von v. Galer und ScheuersowieHeyn und Bauer bei 10 %Zinn ein Maximum zu bestehen, das vorerst nicht zu deuten ist.


Zahlentafe120 enthalt Ergebnisse aus Druckversuchen an technischen WeiBmetallen, die auch den TemperatureinfluB erkennen lassen. Sie werden erganzt durch Angaben des Deutschen Kormblatts DIN 1728, Zahlentafe121.

Biegeversuche. Die Ergebnisse yon Biegeversuchen an Zinn-WeiBmetallen unterschiedlicher Zusammensetzung gibt Abb. 54 wieder. Die

kg/mm2 28 a

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20 2

Abb.52. Ergebnisse yon Stauchversuchen an Zinn-Weillmctallen. (Abmessungen der Probektirper: 20 mm Dmr.; 20 mm Hohe.) (Nach v. GOZer undPfister.)

Ergebnisse zeigen auch hier den schon fruher beobachteten Gang; nur bis etwa 7 % Antimon erfolgt eine Verbesserung.

Fiir Blei-Zinn-WeiBmetalle ergibt sich in Abhangigkeit YOm Zinngehalt eine Veranderung der Biegespannung und der Durchbiegung nach Abb. 5.5; die starksten Veranderungen erfolgen im Bereich bis zu 10 % Zinno

Von J. W. Outhbertson 1 ist aus Biegeversuchen an WeiBmetallen die GroBe des E-Moduls bei Raumtemperatur und bei erhohter Temperatur abgeleitet worden, sie ist in den Zahlentafeln 22 bis 2± mitgeteilt.

1 Cuthbertson, J. W.: J. lnst. Met. Ed. 64 (1939) S. 209; vergl. auch: Metallwirtschaft, Ed. 18 (1939) Kr. 32 S. 690/91.

5a


Der E-Modul zinnreicher WeiBmetalle, etwa 5400 kg/111m2 (bei 18°), ist von der Zusammensetzung ziemlich unabhiingig; auch bringt ein Kadmiumzusatz keine nennenswerte Verbesserung.

Blei-Zinn-WeiBmetalle haben geringere elastische Konstanten (Zahlentafel 23). Bemerkenswert ist der niedrige E-Modul der Legierung Nr. 3 (Zahlentafel 24). Hohere Bleigehalte scheinen weniger stark verschlechternd zu wirken.

Vom Stand punkt der elastischen Eigenschaften und des Kriechverhaltens aus betrachtet, stellt die Legierung mit 3,5 % Cu, 7 bis 9 % Sh, Rest Sn im ganzen betrachtet ein Optimum dar.

KcrbschZagziihigkeit. Die Kerbschlagzahigkeit einiger WeiBmetalle enthalt Abb. 56 1 ; bemerkenswert ist das verhiiltnismaBig giinstige Verhalten einer Legierungmit 91 % Zinn und je 4,5 % Kupfer und Antimon. Der TemperatureinfluB

Abb. 54. Ergebnisse von Biegeversuchen

o 10 50 80 70 Gew.-%

Abb. 53. Stauchversuche an Rlei-Zinn-Weif.lmetallen. (Nach v. Goler und Scheuer.)

auf die Kerbschlagzahigkeit ist in dem untersuchten Bereich gering.

Die Ker bschlagzahigkeit von WeiBmetallen auf Blei-Zinn-Basis ist den zinnreichen Legierungen bei allen Temperaturen unterlegen.

an Zinn-Weif.lmetallen. (Sach t'. Goler und Plister.)

b) Dynamische Festigkeit. Zerstorte WeiB

metall- Lagerausgiisse haben haufig ein Aussehen entsprechend

1 Herschman, H. K. u. J. L. Basil: Proc. Amer. Soc. Test. Mat. Bd.32 (1932 II) S.536.

Mechanische Eigensehaften. 75

Abb.57. Die AusguBschicht ist von einem charakteristischen Netzwerk feiner Risse durchzogen; vereinzelt werden auch Ausbrocklungen des Lagermetalls beobachtet. Derartige Zerstorungen sind auf Erm.iidungs-

kg/mm2 20r---r---r-----~--_,--_,---.

I I ~'5 .---+---+----'--~ --~=- -I~-I

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o 30 '10 50 flO 70 Sn-Gehct/t Gew.-%

Abb. 55. I3iegeversuche an Blei·Zinn· WeW· mctallen. (Prabestab trapczf6rmig: aben 40 mm und unten 36 mm breit und 17 mm

hach: Biegeliinge 100 mm.) (X itch v. Galer und Scheuer).

erscheinungen zuriickzufUhren. Die im Lager wahrend des Betriebs a uftretende Dauerschlagbeanspruchung oder sch wingendeDauerbeanspruchung ist die Frsache fUr diese charakteristische Zerstorung des WeiBmetalls. Die Zerstorung beginnt durchweg in del' Ober

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1 - 90,9

I

4,6 I 4,5 2 - 83,8 8,1 8,1 3 62,3 20,8 15,5

I 1,4

4

I 79,7 ;;,0 15,3 -

5 87.0 1,2 11,8 -

Abb. 56. Einflul.l der Temperatur auf die Kerbschlagz£ihigkeit (Izod-Probe) einiger "~eiJ3metallc (Mittclwerte aus je 5 l\Iessungen),

(Xach Her8chman und Basil).

Wiche del' Gleitschicht und wandert nach und nach auf die SWtzschale zu. Sie setzt sich dann haufig parallel zur BindungsfHiche fort, wobei -. ,vie Abb. 58 zeigt ~ eine diinne WeiBmetallschicht an del' Stiitzschale haft en bleibt. Bei schlechter Bindung werden auch Zersti:irungen bis zur Oberflache der Stiitzschale beobachtet.

Die Dauerfe8tigkeit des Lagerwerkstoffs und die Dauerhaltbarkeit des Systems: Stutzschale - AusguBmetall haben fur die Belastungsfahigkeit des Lagers aus·

5a*


schlaggebende Bedeutung. Das dynamische Verhalten der "-eil3metalie ist daher hiiufig untersucht worden, wobei im wcsentlichcn zwei Forschungsrichtungell festzustellen sind. Die asle Gruppe umfal.lt Arbeiten. die sich in erstcr Linie mit dpr reinen Dauerfestigkpit des Lagerwerkstoffcs besonders bei Riege- und Schlagbeanspruchung befassen. wiihrend die zweite Gruppe die Dauerhaltbarkeit des Systems Ausgul.lmetall- Stiitzschale in geeigneten Priifmaschinen untersucht. Das

Zahkntafcl22. Elastizildtsmodul fur einige ZinmceifJmrhlle uei R~umteIllJler(ttlir.

(Xaeh J. Jr. Cuthbertson.)

ChCTllisehc Zusammrn:-;etzumr in 11/0 Xr.

I I ]~emerkung

~n en Sb Pb A, Fe ( ',\ kgjmm2

11 92,:3 :3,5.') 8,78 O,:W 0,0:3 0,()4 -- 5381-5429 } Handels-2 8.5,5 4,21 9,88 0,3:1 0,03 0,05 -- 5394-5401 iibliche :3 81,7 8,99 10,10 4,10 0,06 0,07 - - 5267-5:310 LegierullgC'll

4 98 8,5 3,5 -- - -- -- 5120-5183 1 5 91,5 8.5 5.0 -- - - -- 5225 6 89,5 3,5 7,0 ~ - - - - 15352-5359 I Versuchs-i 87,5 8,5 9,0 - - - 6591-5605 } Lcgierungen 8 92,0 8,.5 3,5 -~ . - - 1,0 5239-5415 I 9 90,5 3 .. 5 5,0 _. - - 1,0 5408

J 10 88,5 8,5 7,0 - - - 1.0 5408-5633 1 AIle Lr-gierungrll 1 his 10 wurdell im Gui3zuf::.taIHl nntenmrht; Girl3temperatur JOO:=:; l,"okilll'Jl

temperatur 100°.

gemeinsame Ziel beider Richtungen besteht darin, durch einen geeigneten Legierungsaufbau bzw. besondere konstruktive Mal.lnahmen die Ermiidungsgrenze zu steigern. Fiir die Lagerpraxis haben die Studien der zweiten Gruppe grol.lere Bedeutung; denn es ist noch sehr problematisch, ob die mit den in der Werkstoffpriifung iibliehen Priifmaschinen gemessene Dauerfestigkeit, vor aHem die oft gemessene Biegedauerfestigkcit, tatsiichlich ein :\lal.l fiir die Lebensdauer des Lagerausgusses im Betrieb liefert. Eine bessere Vergleiehbarkeit sollen die Ergebnisse von Dauersehlagversuchen ergeben.

ZahlentafeI2:3. Elastizitdtslllodul jiir rinige Rlei-Zinn- WeifJmetalle bei Raumtemperatur. (Nach J. W. Cuthbertson.)

(,hemi~che Zusanl1nensrtzung in 0/(1 Elaf.;tizitiitslJlodul in kg/nllu 2

I I I I I

Zu-Xr. nach Lagernng nalnnc

Sn en fih Ph As Fe im GuBzustawl bci Rauln- in %

I I I I temperatur

]I 39,80 1,03 10,.50 48,60 0,06 0.04 2215 8228 45.7 :{439 65.3

2" 5,0.') 0,09 14,90 79,90 0,06 Spurell 2926 :3059 4,6

1 Die Lcgir-fnngen "\yurden im G-ul3zustand nntr-fsllcht; G-ieBtemperatnr 4000 ; Kokillentemperatnr 100°.

Die Grundzllsalllmensetzllng del' Legierung und die Variation ihrer Hauptlegierungspartner hat auf die Hiege- und Schlagdauerfestigkeit einen bemerkenswel'ten EinfluB. 1m allgemeinen sind die zinnreichen WeiBmetalle den bleireichen iiberlegen, wenn auch neuerdings durch die


st~irkere Bet-onung von haheren Arsenzusatzen zu bleireichen WeiBmetallen eine Angleichung der Dauerfestigkeit beider WeiBmetallgruppen erreicht zu sein scheint. Dies gilt vor aHem ftir Hlei-Zinn-WeiBmetalle bei geringer AusguBschichtdicke (kleiner als 0,75 mm; am besten etwa 0,1 bisO,15 mm). Die Dberlegenheit dieser WeiBmetalle tiber zinnreiche WeiB

Abb.57. Dureh dynamisehe Druckbeanspruchung zerstOrte WeWmetallaufftache (Hoehstdruek: 165 kg/em', Umfangsge.ehwindigkcit 8,5 m/sce, Lagcrtcmperatur 120°, Gesamtlaufzeit 146'/. Std.).

(Nach Versuchen von E . Gilbert . )

metaHe kommt besonders bei haheren Temperaturen zum Ausdruck -Die Dauerhaltbar-keit ist von vielen Faktoren abh~ingig. Es sind zu nennen:

Legierungs-zusammensetzung,

Giite der Bindung undGrojJedes Spiels. Auch die Dicke der AusgujJschicht ist von hervorragender Bedeutung.

Nach Angaben des USA-Metals Handbooks 1948 (S. 747) gilt z. H. fUr zinnreiche WeiBmetalle etwa folgende Relativbeziehung :

AusguBdicke: 0,76 0,51 0,25 0,13 I .. ebensdauer: 1 1 1,5 3,2

Nicht zuletzt ist auch die Forderung nach einer magIichst niedrigen

LagC1iemperatur wichtig.

0,08 mm 4,6

Dauerb'iegejestigkeit. Die Biegedauerfestigkeit ist mehrfach untersucht worden 1-3. In den Abb. 59 und 60 ist die Abhangigkeit

Abb, 58. Dureh Ermiidungsbrueh zerstortes Weil3met,ail-Lager. (Nach Macnau.ghtan.)

del' Biegedauerfestigkeit vom Kupfer- bzw. Antimongehalt dargestellt.

1 v_ Galer: Zit. S. 64. 2 Forrester, P. G., L. T. Greenfield u. R. Duckett: Metallurgia Vol. 36 (1947) S. 113. 3 Macnaughtan, D. J.: J. lnst. Metals, Bd. 55 (1934, II) S.33.

78 Jr. Bungardt: L('gierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbcstandteil.

Die Ergebnisse wurden mit einer einseitig eingespannten. umlaufendon Probe ermittclt. an deren freiem Encle die Last angreift. Aus clen Abb. 59 unci ()o geht hervor, daB aile Legierungen mit 7~<) Kupfer und mehr als 10% Antimon einA groBere Streuung der MeBergebnisse ergeben haben, clie durch Strichelung

_ 1IJb Tons/Sq-Infh ---IZJb 1,'1 f----'--I IOSb 7Jb 3Jb OJb

Abu. 50. ~~influB des Kupfergehaltes auf die Bll'gCdallerfestigkdt von Zinn- \Yeil3llH'balkn. (Sacli PorreiiterllndGrer>njielri.) 1 t/~(l-in('h= 1,!;7 kgjmm2,

~OCu

o 2 6 8 10 12 % fiI Antimon

Ahu. GO. EinlluD des Antimongphultf's auf (lie Biegedaucrfestigkl'it von Zinn-\VPiDllll'tallt'n.

(Nach Forrpsia uwl Greenj'ield.) 1 t/sq-inch = 1,57 kg/lIlI1l:!,

angedeutet ist. Ein Zusammenhang cler Streuung mit Besonderheiten des Gefuges oder den GieBbeclingungen konnte nicht festgestcllt werden.

Die Yenmche zeigen folgende,.;: Eine Zunahme des Kupfergehaltes yon 0 bis 1 % ergibt bei allen Legierungen mit Antimongehalten zwischen o und l-! ':{) eine Steigenmg del" Danerfe,.,tigkeit, die bei geringeren

Zahlentafcl24. Einfluf3 der Temperatur auf den Elastizitdtsmodul vprschipdener lVeif3mptalle1 . (="'aeh J. w. Cuthbertson.)

Chembche ZllSammf'llsf'tzung in %

I Elastizitatstnodul in kg/nlln~ lwi

Nf-

I I I I I I I ~n eu Sb Ph AK Fe ZO 0 60' 100 0 HO" 180 '

1 92,30 ;{,55 3,78 O,:iO 0,03 0.04 I 5410 4920 :~940 I 28t\0 2250 2 2ii,fiO 4,21 9,88 0.33 0,03 0,05 5420 4990 4115 3020 2:~20

:{ 3n,80 I ,O:~ 10,1:0 48,(;0 0,05 0,04 3:n5 :l23ii 1550 - -

4 I 15,05 o,on 14,90 I 79,90 0,05 /Spun:n 4500 4:l()O /

4000 3270 2460 1 Die L('giPJ'ungPIl lag-en illl .All~gangszu:-:tand gpgoSHen vor; GipfHempcl'atur 400u ; Kokilkll

teItlJwr;ttllf 100').

Antil1longehalten am sUirksten au,.;gepriigt ist. Eine weitere Erhohung des Kupfergehalte,.; von 1 auf :3,;) % bl"ingt dagcgen keinen merklichen Gewinn. Fiir die Legierung mit 7 ~o Alltilllon wird tiogar eine A,bnahme del' Biegedauerfestigkeit festge"tellt. Jenseits yon 3,;) % Kupfer steigt die Dauerfe"tigkeit nur bei den Legierungen mit 0; 3 und 7 % Antimon an. Hei hiiheren Antimongehalten ist die Legierungtmbhiingigkeit der


Biegedauerfestigkeit wegen der groBeren Streuungen der Versuchsergebnisse unsicher.

Abb.59 maeht folgenden Zusammenhang mit dem Gefiigeaufbau wahrseheinlieh. Kupfergehalte bis zu 1 % treten in dies en WeiBmetallen

Zahlentafel 25. EinflufJ der GiefJbedingungen auf die Biegedauerfestigkeit von Zinn- WeifJmetallen.

(Nach Forrester, Greenfield und Duckett).

Legierung I GieB- KokilIen- Biegedauer- I Bemerkungen temperatur temperatur festigkeit (Rest Zinn) eC) !O C) (kg/mm')

7% Sb + 3,5% Cu 355 120 I 1,70 EinfluB 7% Sb + 3,5% Cu 325 120 1,70 der GieB-7% Sb + 1% Cu 290 120 1,92 temperatur ,Ofo Sb + 1% Cu 340 120 1,85

70f0 Sb + 3,5% Cu 355 120 1,70 EinfluB 'i % Sb + 3,5% Cu 355 230 1,79 der 7% Sb + 1 % Cu 290 120 1,92 Kokillen-10 / 0 Sb + 10 / 0 Cu 290 230 1,93 temperatur

100f0 Sb 290

I 120 1,70

100 / 0 Sb 290 230 1,84 " "

als eutektische Cu6Sns-Teilehen auf; in dieser Form bewirkt Kupfer offensiehtlieh eine erhebliehe Verbesserung der Dauerfestigkeit. Bei hoheren Kupfergehalten entstehen unter normalen GieB- und Erstarrungsbedingungen pri-mar grobe Cu6SnS- Zahlentafel 26. EinflufJ von Wismut und Tellur auf die

Nadeln, die einen viel weniger ausgepragten EinfluB haben als die eutektisehe Cu6SnS-

Komponente. Mit Bezug auf den

Antimongehalt wird eine merkliehe Verbesserung der Biegedauer

Biegedauerfestigkeit (Nach Forrester Greenfield und Duckett).

Grundzusammensetzung der Legierung (Rest Zinn)

7% Sb + 3,5% Cu 70f0 Sb + 3,5% Cu 70f0 Sb + 10f0 Cu 70f0 Sb + 10f0 Cu

7% Sb + 3,5% Cu 70f0 Sb + 3,50 / 0 Cu 70f0 Sb + 10f0 Cu 70f0 Sb + 1% Cu

Zusatz

l%Bi

1% Bi

0,1% Te

0,1% Te

Biegedauerfestigkeit

kg/m'

1,70 1,91 1,91 1,95

1,70 1,98 1,91 2,01

festigkeit nur innerhalb des Bereiehes der Misehkristallbildung beobachtet, wahrend das Auftreten von SbSn-Kristallen im Gefiige bei hoheren Antimongehalten von geringerem EinfluB ist, Abb. 60.

Untersehiedliehe GieB- und Kokillentemperaturen haben offensichtlieh bei Zinn-WeiBmetallen mit 7 % Antimon und 1 bzw. 3,5 % Kupfer nur einen geringen EinfluB auf die Dauerfestigkeit, Zahlentafel25.

so rr. Bungardt: Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil.

Zusiitze an Wismut und TeUur sind nach Zahlentafel 26 giinstig. Fiir Zinn-lrei13metalle ist auch ein Kadm.ium-zusatz giinstig. So liU3t sich z. B. nach }Iessungen von B. P. Haigh l fUr ein Weil3metall mit 3,;'; ~o Kupfer und 7 % Antimon die Biegedauerfestigkeit bei Zusatz yon ] ~o Kadmiulll yon 3,26 auf :3,89 kg/1ll1l1 2, abo um rd. 20 o~, yerbessern.

.:'If. flu

1 92,9 2 87.2 3 80,4 4 79,9 5 70,3

Zahlentafel 27. Biegewechselfestigkeit einiger Jr eifJmetalle. (Nach F. Bollenrath, Tr. Bungardt und E. Schmidt.)

Chcmische Zusammensetr.ung in %

Sb ell l'b As I }<'e I ~i I Cd

3,6 3,4 - 0~02 I 0,05 0,08 -

6,9 5,7 0.19 0,03 - -

11,4 7,4 0,67 0,02 I 0.04 Spuren -

10,0 9,9 0,19 I Spuren I 0.08

I - -

13.6 0,5 10,30 0,20 0,10 0,02 -

Biegewe(~hs('l-fe:;tigkeit kgjm.m 2

2,1 (2,2)1 2,3 (2,tl)1 2,6 (3,0)1 2,3 (3,2)1 2,4 (2,0)2

Die eingeklaInmertcn Zahlcn enh5tammen .:\Iessungen von Frhr. t'. Goler und H. Pfister l bzw. Frhr. v. Goin nnd F. Scheuer.

Die Biegewechselfe"tigkeitswerte von Hlei-Zinn-Weil3metallen liegen, besonders bei niedrigen Zinngehalten, unter denen der Zinn-Weil3metalle, Abb.61.

In Zahlentafel27 Zahlcntafel 28. EinflufJ von A rsen auf die Dauerbiegefestigkeit sind weitere Ergeb- von Blei-Zinn- Tr eifJmetalien. nisse an techni- [Xach USA-Metals Handbook (1948).] schen WeiJ3metallen angegeben, die mit der DVLPlanbiegemaschine gewonnen worden sind2 • Die letzte

Spalte enthiilt auJ3erdem Beobachtungsergebnisse von v. Galer und Mitarbeitern, die mit der Schenck-schen Umlaufbiege-

Zusammensetzung

12,75% Sb; 0,75% Sn 3%As.

15% Sb; 1 % Sn; 1%As.

15% Sb; 5% Sn.

Bezeiehnung

ASTM Alloy Grade 15

ASTM Alloy Grade 8

Bicgedauerfestigkeit

3,09

3,02

2,74

maschine erhalten wurden. Die zum Teil beachtlichen Unterschiede - am ausgepragtesten bei Legierung 4 - sind nicht geklart.

Der gUnstige Einflul3 des ArsenH auf die Biegedauerfestigkeit kommt in Zahlentafe128 zum Ausdruck, die an Kokillengul3HUiben bei umlaufender Biegung (Grenzlastwechselzahl: 20· 106) gemessen wurde.

Dauerschlagversuche. Die Dauerschlagpriifung bei Raumtemperatur und hoheren Temperaturen versucht fiir den Widerstand der weichen Weil3metalle gegen Form-anderung und Rif3bildung bei hiimmernder Be-

l Haigh, B. P.: siehe hierzu D. J. Macnaughtan Zit. S.77. - 2 Bollenrath, F., W. Bungardt u. E. Schmidt: Luftfahrtforschg. Bd. 14 (1937) S.417.


anspruchung, wie sie in Lagern im Betrieb auftreten kann, ein vergleichbares MaB zu gewinnen.

Die Dauerschlagfestigkeit und in enger Verbindung damit auch die Formbestandigkeit (Deformierbarkeit, Stauchbarkeit) des WeiBmetalls bei Schlag-

beanspruchung sindWerkstoffkenngroBen

kg/Trod ,J

j i V V

vi """ /1 I

• O%ClL x 1"'1,5%ClL o,J"'5%CU

von groBer praktischer Bedeutung. Sie stehen zueinander in Beziehung insofern, als eine nicht geniigende Formbestandigkeit der AusguBschicht notwendigerweise zu einer SpielvergroBerung im Betrieb und damit auch zu harteren Schlagen im Lager fiihren kanu, so daB die Schlagdauerfestigkeit des AusguBwerkstoffs schlieBlich der Beanspruchung nicht mehr gewachsen ist. Andererseits ist aber auch ein hoher Verformungs-

10 10 20 S:-(Jeh~f 50 80 70 widerstand nicht unbedingt von Vorteil, J

Gew.-% wenn die Dauerschlagfestigkeit des Abb.61. Biegewechseifestigkeit verschiedener Werkstoffes gering ist. Bei der prakBJei-Zinn-WeiLlmetaUe in Abhiingigkeit von

der Zusammensetzung. tischen Beurteilung des Lagerwerkstoffs (Nach v. Goler nnd F. Scheuer.) gegen Schlagbeanspruchung ist daher die

Kenntnis beider GroBen wichtig.

Aus den in Abb. 62 1 wiedergegebenen Versuchsergebnissen geht hervor, daB z. B. der Formanderungswiderstand von WeiBmetallen mit hohen Zinngehalten (Legierung lund 2) in der Warme geringer ist als der Verformungswiderstand bleireicher Legierungen (Legierung 3 und 4).

Zahlentafel29. Lineare thermische A usdehnungskoeffizienten verschiedener Weif3metalle auf Zinn und Blei-Zinn-Basis.

(Nach Messungen von W. Bungardt und G. Schaitberger.)

Thermischer Ausdehnungs-Chemische Zusammensetzung in 0/0 koeffizient in

Nr. mm/mm 0 C . 10-' zwischen

Sn I Sb Cu Pb Ni I Fe As 20-100 0 20-150 0

1 92,9 3,6 3,4 Spuren 0,08 0,05 I Spuren 22,1 I 23,2 2 87,2 6,9 5,7 0,19 - 0,03 0,02 22,8 23,8 3 79,3 10,4 10,2 - - - - 20,4 22,0 4 79,9 10,0 9,9 0,19 - 0,08 Spuren 21,7 22,7 5 80,4 11,4 7,4 0,67 Spuren 0,04 0,02 20,7 21,7 6 70,3 13,6 5,5 10,3 0,02 0,10 0,20 20,4 21,7 7 41,9 14,3

I 3,2 40,4 - - - 22,4 23,5

8 4,8 15,8 1,1 78.3 - - - 24,3 24,5

Bei Raumtemperatur ist jedoch kein merklicher Unterschied im Verformungswiderstandfestzustellen. In ahnlicher Weise hat auch Greenwood 2

gefunden, daB zinnreiche WeiBmetalle (93/3,5/3,5) bei Dauerschlagbeanspruchung die groBeren Verformungen ergeben, wobei jedoch -

1 Herschman und Basil: Zit. S. 74. - 2 Greenwood, H.: J.lnst.Metals Bd. 55 (1934 II) S. 77.

jj KUhnel, Gleitlager, 2. Aufl.


was wichtig ist - die Gefahr der RiBbildung geringer ist. - Nach Greenwood sind die Cu6Sno-Nadeln gegen Schlagbeanspruchung empfindlicher als die SbSn-Kristalle.

Abb.63 enthalt in Abhangigkeit yom Zinngehaltl die Ergebnisse von Schlagstauchversuchen an Blei-Zinn-WeiBmetallen, die sich gut in altere Beobachtungen einfugen. Bei hOherem Kupfergehalt wird danach die bis zum Bruch ertragene SchIagzahI und auch das Verformungsvermogen der Legierungen verringert. Die Beobachtungen zeigen ferner, daB im Gebiet mittlerer Zinngehalte (20 bis 400.(0) ein ausgezeichneter Widerstand gegen

Dauerschlagbeanspruchung nicht vorhanden ist. Aus dem Verlauf der prozentualen Hohenabnahme bzw. der bis zum Bruch ertragenen Schlagzahlen in Abhangigkeit yom Zinngehalt folgt, daB bei steigendem Zinnanteil zwar der Verformungswiderstand· abnimmt, jedoch der Widerstand gegen RiBbildung wachst.

Den EinfluB unterschiedHcher GieBbedingungen auf das DauerschIagverhalten zeigt Abb. 64 2• Die MeBergebnisse sind insofern bemerkenswert, als sie erstens nochmals die groBere V erform barkeit der zinnreichen WeiBmetalle und zweitens die gunstige Wirkung hoherer Antimongehalte (vgl.

% 28·~~----+-----~----~----~

2¥~~----+-----r-----~----~

20r-~----+-----------~---+~

+

o 20 60 100 150 200'e Temperalllr

Be- Zusammensetzung in '/, zeich-nung Pb Sn Sb Cu

1 - 90,9 4,6 4,5 2 - 83,8 8,1 8,1 3 62,3 20,8 15,5 1,4 4

I 79,7 5,0 15,3 -

5 87,0 1,2 11,8 -Abb. 62. Ergebnisse der Dauerschlagpriifung von He-rschman und Basil fiir 1000 SchUige filr verschiedene WeiJ3metalle bei steigenden Tempe-

raturen (Energle je Schlag: 0,456 mkg). (Auswertung des Verfassers.)

Kurve r und INC) und Kadmiumzusatze (vgl. r und rCd) hervorheben.

Von A. Thum und R. Strohauer3 sind in einem besonders entwickelten Dauerschlagwerk mit hoher Schlagzahl Wohler-Kurven fUr die Dauerschlagdrucktestigkeit von WeiBmetallen aufgenommen worden. Sie sind

1 v. Goler: Zit. S.41. - 2 Greenwood, H.: Zit. S. 81. 3 Thum, A. u. R. Strohauer: VDI-Zeitschr. Bd.81 (1937) S. 1245/1248.


in Abb. 65 dargestellt. Aus dem Vergleich der Kurven mit der gleichzeitig angegebenen Zusammensetzung der untersuchten Legierungen ist zu entnehmen, daB zinnreiche WeiBmetalle bei Raumtemperatur eine bessere Dauerschlagdruckfestigkeit besitzen als bleireiche WeiBmetalle. Am ungiinstigsten schneidet bei diesen Untersuchungen eine Legierung mit mittleren Blei- und Zinngehalten ab (Legierung d).

Einzelheiten uber das Verhalten eines zinnreichen LagerweiBmetalls bei Dauerschlagbeanspruchung gibt Abb.66. Der Kurvenverlauf lehrt, daB die bis zum Bruch ertragene Stauchung wesentlich von der Schlagkraft abhangt; und zwar ist sie urn so groBer, je groBer die Schlagkraft ist.

100

belm· Bruclj -~t---I-- - - ---0.

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.. , ,

nach 100 Sch/tigen ...............

............... ~_~ i

~t-r . I ""0"

I . . Versuche von Heyn und Bauel'(gesfricheld I Dauerhaltbarkeitsunter- 1)

~ 8uchungen. Dauerhaltbar- 'lS .300

G ~

¥0·s,2cmklj,20u.18mmHohe / _.-o7s%Sb,0%Cu. 015%Sb,6%Cu, 11"/'

keitsuntersuchungen am e- ... ! oO%Cu. ~

samtsystem Schale + Aus- ~ 200 "-

guB haben zu zwei praktisch 15

L )( 1···1,5%Cu. _--_.- i 0 .3···5%Cu. -~:::::.... ;' r .... i I y" ;' N

auBerol'dentlich wichtigen ~ 100

Erkenntnissen gefuhrt. ~ ~--~ ~ .... '" ;';' 11- ~:;.-- .. ~. .! _ __d

i - -_)0.0--

o 10 20 .10 W Sn.-6ehalf

50 60 7(}

Gew.-% 1. ist die Lagertempe

ratur von sehr erheblicher Bedeutung, wie Abb. 67 beweist. Man sieht, daB bei

Abb.63. Schlagstauchversuche an Blei-Zinn-WeiBmetaIlen (Schlagarbeit: 15 cm/kg je Schlag). (Nach v. GOler und F. Scheuer.)

einer Temperatursteigerung von 60 auf 85° die Dauerhaltbarkeit von 97,5 auf 65 kg/mm2 absinkt. Es ist also praktisch wichtig, die Lagertemperatur so niedrig wie moglich zu halten (Gute Warmeabfuhr!).

2. hat die Dicke der AusguBschicht einen sehr beachtlichen EinfluB_ Die hier geltende Beziehung laBt sich durch Abb. 68 verdeutlichen. Bei einer durchschnittlichen Belastung von 14,1 kg/cm2 wachst die Haltbarkeit des Lagers mit sinkender Schichtdicke betrachtlich. H. W. Luetkemeyer, von dem die Kurve stammt, unterscheidet Zweischichtlager (WeiBmetall auf Stahl; Dicke der Stahlschale etwa 1 bis 3 mm) und Dreischichtlager mit einer Bronzezwischenschicht. Auch O. Hummel 2 zeigt, daB bei dunnen WeiBmetallausgussen zwischen 0,5

1 Luetlemyeer, H. W.: Zit. nach USA Metals Handbook (1948) S. 746. 2 Hummel, 0.: Metallwirtschaft Bd. 18 (1939) S.863/865.

6*


und 1,0 mm di€ Formanderungsfahigkeit del' AusguB:-;ehicht infolge del' Stiitzwil'kung del' Tl'agschale vel'kleinel't wil'd, wobei die Dauerhaltbarkeit und auch die Biegefestigkeit steigen.

Cli?81i?mpi?r{/!ur ]fOoe I/OO°C !lSO°C'

~lSr-----~~~---r7T------~~~--~-r---'~~~----r->

rnm

o

Bezeichnung

I I XC I Cd II

II Pb IV Y

00 flO

Sn

92,3 88,8

855 81,7 39,8

5,05

f6'iJ 0 ill flO MO (} O'll flO /(oki//erl fempem fur

Chemische Zusalnmensetzung in 0/0 Sb

3,78 7,14

988 10,1 10,5 14,9

I

I

Cll Pb

3,55 0,30 3,74 0,25

wie 1 zllsiit"lich 1 % Cd 421 3,99 1,03 0,09

3. 0, 3 4,1

48,6 79,9

I

I

Fe

0,04 -

0 -,00 0,07 0,04

fifO C

As

0,03 0,03

003 0,06 0,06 0,06

Abb.64. Einfllll.l der Giellbedingllngen anf die Danerschlagfestigkeit veroehiedener WeiGmetalle. Priiftemperatur: 150°. (Nach Greenwood.)

Es ist abel' nicht zu ubel'sehen, -- Forrester 1 weist besonders darauf hin -- daB eine weitgehende Verminderung del' WeiBmetallschicht auf etwa 0,075 mm (0,003"), die zwar fUr die Dauerhaltbal'keit sehr vorteilhaft ist, auch Nachteile haben kann; denn das Ein bettungsvermogen del' WeiBmetallschicht fur Schmutzteilchen und auch das Anpassungsvermogen del' Gleitschicht durch ortliche plastische Deformation bei t'rberbeanspruchungen ist bei diesen dunnen Gleitschichten nicht mehr

1 Forre8ter: Zit. S.42.


unbedingt gewahrleistet. Bei AusguBdicken von 0,125 bis 0,200 mm (0,005 bis 0,008") solI nach Angaben von Furrel!ter das Einbettungsvermogen zwar noch ausreichend sein, wahrend aber die zweite Eigenschaft

doch schon nicht mehr 700 kg 500

f , I I I I I

\1 I 1

I I I , , .......

I

\,~N-r--! ·a I \,~~ . lJ ...

.-.~ -- ! r.

I I ..-1-- d. 100

i I o I

so ausgepragt ist wie bei dicken Schichten. Ferner muB beachtet werden, daB bei diinnen WeiBmetallschichten auf Stahlschalen (Zweimetall-Lager) das Notlaufverhalten des Lagers verschlechtert wird; denn wird in Verbindung mit

2 J 'I 5 6 7 8 9 10 11·itJ6 einem Versagen der La-Jc/iliige

Kurve '/, Sn '/, Sb '/, CU '/,Pb

a 86,5 7,5 6,0 -b 80,0 10,0 10,0 -d 50,0 14,0 3,0 33,0 c 10,0 15,0 1,5 73,5

Abb.65. Wohler·Kurven der Dauerschlag·Druckfestigkeit von verschiedenen LagerweiBmetallen.

(Nach A. Thum und R. Strohauer.)

gerung (z. B. durch Bin-dungsfehler) die dunne WeiBmetallschicht geschmolzen, so kann sehr schnell,. ohne daB genugend Zeit verbleibt, das Lager auBer Betrieb zu nehmen, Fressen ein

treten, wobei die Welle in Mitleidenschaft gezogen wird. Man kann diesem Nachteil dadurch begegnen, daB zwischen WeiBmetall und Stahlschale eine Bleibronze-

22 schicht zwischenge- %

?/} schaltet wird. Lager 18 dieser Art (Dreischicht- "",,15

'ijf, '" lager) sind z. B. von ~ 12 J. A. Lignian1 be- ~ 10 schrieben worden. 6

5 Bei sehr dunnen,

z. B. galvanisch aufgebrachtenSchichten von

¥ 2 o

~fjl/lJ~ J JJOkD

bt- tt80" /-,

; ,-1</ '~

",r'" tJ--

2

I .L • beglnnende RIIJol/dunq

~~ JJ5kIJ .""-

2501.<!J f---

J 5 6 7 8 9 10 MoB Jc/J/iige nur 0,025 mm Dicke

(= 0,001") ist ferner zu berucksichtigen,daB sie durch VerschleiB

Abb. 66. Schlagstauchkurven von LagerweiBmetall mit 86,5'/, Sn, 7,5 '/, Sb und 6 '/, Cu bei verschiedenen Federvorspannungen.

(Nach A. Thum und R. Strohauer.)

sehr schnell abgetragen werden konnen. Auch sind die Dreischichtlager vorteilhaft, da die gleichfalls aus einer Lagerlegierung besteht, die

aus diesem Grunde Zwischenschicht, die Funktion des Lagers

1 Lignian, J. A.: Product. Eng. Bd.17 (1946) S. 335; zit. nach Forrester; S. 54, 4.


auch bei weitgehendem VerschleiB der WeiBmetallschicht sichert. Von Interesse ist in diesem Zusammenhang auch der Versuch, zunachst auf Stahl eine porose

Kupfer-Nickel- 100 °C ~ Legierung pulver- 90

metallurgisch auf- ~ '§60 zubringen und ~

fZ5:f12J lalJcm.Z 10iJ:f1DO ~ ~7.'-t75

, I ~ a

durch AufgieBen ~ 70 von WeiBmetall

]50t5O :~

IiJ ~ 25125 im Vakuum die eigentliche Gleitschicht fest mit

o

it\. r--..... --

2 6 8

0-

b

-to 12 /II • '(/5 16 20 to zz

Lostwecllse/

der Unterlage zu verklammern. Die auBere WeiBmetallschicht kann dann bis auf rd. O,08mm(=0,003") bearbeitet werden.

Abb. 67. Dauerhaltbarkeit von Lagerschalen aus RotgUJ3 Rg 9 mit einem 0,5 mm dieken Ausguf.l aus Weif.lmetall WM 80F bei 2000 U/min.

und Drueksehmierung mit AutoOi Shell X. (Naeh A. Thum und R. Strohauf1·.)

Kurve a: Wiihlerkurve fiir gleiehbleibende Lagertemperatur von 85°; Dauerhaltbarkeit 65 ± 65 kg/em'. Kurve b: Wiihlerkurve fur gleichbleibende Lagerbelastung von 97,5 ± 97,5 kg/em'; dauernd ertragene Lagertemperatur 60°. (Koordinaten fur Kurve a: Fliiehendruck - Lastweehsel; Koordinaten fiir Kurve b: Temperatur - Lastwechsel.)

Die praktische Folgerung an diesen Erkenntnissen laBt sich wie folgt kennzeichnen:

I

• ~wei5cA,CIJt-Lo~e,,----"'10reis4iclit- n

,I I . Be/os/ung: 111, IkljJcfu2

-- --- --- --- h .,. '~. kf~c;J/ --.+:-~~ ~ k- ../

·~-t--- -.,.-.--- ~ r-!-0 \ 100 ZOO h, JOO

onzus/I'ebendel' Bel'eich

/le/'.1uc/Jsdouer

Abb. 68. Beziehung zwischen der LagerJebensdauer und der WeiJ3metali-Ausguf3dieke fur Zwei- und Dreimetali-Lager. (Naeh H. W. Luetkemeyer; entnommen: USA Metals Hand-

book 1948, S.746).

Dicke der WeiBmetallschicht mehr als 2 mm: schwere Lager mit maBiger Beanspruchung, bei welchen der VerschleiB eine ausschlaggebende Rolle spielt. So werden z. B. Schichtdicken von 5 bis 8 mm bei 100 mm Wellendurchmesser bzw. 6 bis 13 mm fur 300 mm Wellendurchmesser genanntl.

Dicke der WeiBmetallschicht 0,25 bis 0,5 mm: vorzugsweise fur Automobillager verwendet.

Dicke der WeiBmetallschicht 0,13 mm und weniger: fur hochbeanspruchte Lager mit hoher Dauerhaltbarkeit. In diesem Fall sind hohe Anforderungen an die Gute der Bearbeitung und an die Montage zu stellen. - Lager dieser Art konnen die Leistungsfahigkeit von Bleibronzelagern besitzen.

Zur Vermeidung von vorzeitigen Zerstorungen und groBem VerschleiB

1 Metals and Alloys: Bd. 9 (1938) S.216.

Gleitverhalten. 87

ist da.s Einhalten eines genauen LagerspieIs notwendig; man pfIegt bei zinnund bleireichen WeiBmetallen etwa 0,5°/00 yom Wellen- oder Zapfendurchmesser einzuhalten.

5. Gleitverhalten. Fiir eine vergleichende Beurteilung von Gleitlagerwerkstoffen spielen

schlieBlich eine wesentliche Rolle die sogenannten "Gleiteigenscha{ten".

A Man versteht unter diesem Sammelbegriff die Sum me einer Reihe sehr spezieller und sehr unterschiedlicher physikalischer Merkmale.

c z·lJ p-

Abb. 69. Abhangigkeit des Reibungs

koeffizienten p von ~ (z Zahigkeit, p

1) Gleitgeschwindigkeit. p Belastung). (Entnommen hel: P. G. Forrester).

Er umfaBt z. B. : 1. Die Fahigkeit des Lagerwerkstoffs, den

Olfilm durch Adhiisionskrafte mehr oder weniger fest zu binden, was nicht nur vom Lagerwerkstoff, sondern natiirlich auch von der Art des Schmiermittels abhangig ist.

2. Die Fahigkeit, Olverunreinigungen, Schmutzteilchen u. a. durch Einformung in die weiche Grundmasse des LagermetaUs unschadlich zu machen.

3. Die Fahigkeit, ortliche Druckspitzen, verursacht durch Mikro-Unebenheiten in der

Lagerflii.che, durch plastische Deformation auszugleichen. Wirken die Druckkrafte in groBeren makroskopischen Bereichen, was z. B. bei Kantenpressungen der Fall ist, so muB auch hier das Lagermetall eine gewisse Nachgiebigkeit besitzen, um das sonst unvermeidliche Fressen zu unterbinden.

Die unmittelbare Verkniipfung dieser drei EinfluBgroBen, von denen die zweite und dritte in einem durchsichtigen Zusammenhang stehen, mit dem Vorgang des Fressens, ist bereits erortert worden. Es bleiben aber noch zu besprechen zwei weitere Eigenschaften, die ebenfalls den "Gleiteigenschaften" zugezahlt werden, namlich

4. Das Reibung8verhalten im Bereich der Grenz- und Mischreibung (Reibungskoeffizienten, Reibungsarbeit usw.) und

5. Die Ver8chleifjfe8tigkeit der WeiBmetalle, die bisher vorzugsweise nicht im Gebiet der Grenzreibung, sondern bei trockener Reibung untersucht worden ist.

Reibungsvorgiinge. Der Reibungskoeffizient eines Lagermetalls hangt a b: 1. Yom Gleitzustand (trockene Reibung, Grenzreibung, Mischreibung) ; 2. von der Oberfliichengute (Bearbeitungsgrad der Oberflache, Einlaufzustand) und 3. von der Temperatur. Diese Variablen sind voneinander nicht unabhangig, so daB Ietztlich ein sehr komplexer Zusammenhang zwischen dem Reibungskoeffizienten und den auBeren Gleitbedingungen besteht. Der Reibungskoeffizient ist also ein Kennwert, der fiir dasselbe Metallpaar sehr unterschiedliche Werte annehmen kann.

Tragt man z. B. den Reibungskoeffizienten auf in Abhangigkeit von der dimen-z'v

sionslosen Kennzahl --, Abb. 691, so ergeben sich drei Bereiche mit ganzlich p

1 FurreBter: Zit. S. 42.

88 W. Bungard/: Legierungen mit Blei oder Zinn als Hauptbestandteil.

verschiedenem Reibungsverhalten (z = Ziihigkeit des Schmiermittels, v = Gleitgeschwindigkeit, p = Belastung). Der Kurvenast A beschreibt das Verhalten im Bereich der Grenzreibung; 0 entspricht der reinen Fliissigkeitsreibung und B stellt das Ubergangsgebiet der sogenannten Mischreibung dar.

Die Lage des ~7Jfinimums dieser Kurve, das also denUbergang. von der Mischreibung zur reinen Flussigkeitsreibung anzeigt, ist abhangig vom Lagerwerkstoff: bei weichen Lagermetallen erfolgt der Ubergang

bei kleineren ~ Werten als bei p

harten Lagerwerkstoffen. So wird z.B. bei weichen Lagerwerkstoffen yon der Art der WeifJmetalle der Zustand der reinen Flussigkeitsreibung bei geringeren Gleitgeschwindigkeiten bzw. hoheren Lagerdrucken erreicht als bei der harteren Bleibronze 1. DaB in dem Gleitsystem WeiBmetall-Stahl die Bildung eines zusammenhangenden Schmierfilms leichter moglich ist als bei der Kombination Stahl gegen Stahl bzw. Stahl gegen Bronze, kann nach Untersuchungen von Forrester 2

als bewiesen gelten. Reibungsuntersuchungen bei trooke

nen Gleitflachen (Trockenreibung) haben gezeigt, daB sowahl zinn- als auch bleireiche WeiBmetalle auf Stahl etwa denselben Reibungskoeffizienten besitzen, wie er bei trockener Reibung von Stahl auf Stahl beobachtet wird (0,5 bis 1,0) 3. Trockenreibungsversuche mit Zinn, Blei und Legierungen, deren Zusammensetzung der Grundmasse der WeiBmetalle entspricht, haben ferner ergeben, daB die Anwesenheit der intermetallischen Phasen, die den WeiBmetallen das charakteristische

4M~------1-------~--~

o~--~--~--~---L~~ 7 2cm/sek.

{j/eltgescllwindigkeif

Leg. Zusammen- Har-setzung te

Sn-reiches WM 7'/, Sb; 3,25'/,On; Rest Sn 26

Pb-reiches WM 13'/, Sb; 0,25'/,On; 12'/, Sn; Rest Pb 31

Bleibronze 30'/, Pb; Rest Ou 38 Od-Lagermetall 1,4'/,Ni; Rest Od 31

Abb. 70. Abhangigkeit des Reibungskoeffizienten von der Gieltgeschwindigkeit fiir verschiedene Lagerlegieruugen. Nach demEinlaufen bei guter Schmierung

gemessen. (Nach P. G. Forrester.)

Gefiige geben, keinen nennenswerten EinfluB auf den Reibungskoeffizienten besitzen3 • Die weichen WeiBmetalle sind daher bei

1 McKee, S. A. u. T. R. McKee, Trans A. S. M. E., Bd. 59 (1937) S. 721 bis 724. - 2 Forre8ter, P. G.: Proc. Roy. Soc. Bd. 187 (1946 A) S.439; s. a. J. Inst. Met. Bd. 73 (1947) S.543. - 3 Tabor, D.: J. Applied Physics, Bd. 16 (1945) S.325.

Gleitverhalten. 89

trookener Reibung gegen Stahl der harteren Bronze nicht uberlegen. Die Verhiiltnisse andern sich aber grundlegend bei Anwesenheit eines dunnen Schmierfilms. In Abb. 70 sind nach Forrester die Reibungskoeffizienten ffir einige wichtige Lagerwerkstoffe in Abhangigkeit von der Gleitgeschwindigkeit dargestellt. Die Ergebnisse wurden mit einer besonderen Prufeinrichtung gewonnen. Die meBtechnischen und apparativen Einzelheiten sind in den Originalabhandlungen nachzuJesen 1,2.

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Abb. 71. Reibungskurven fiir verschiedene Lagerlegierungen. Stahloberfliiche mit Schmirgelpapier ,,0" hergestellt. (Nach P. G. Forrester.) Zusammensetzung der Lagerlegierungen siehe Abb. 70.

Zur Erlauterung der MeBbedingungen moge hier folgende Bemerkung genugen: Drei Priifkorper gleicher Abmessung und mit kugliger EndHache sind in einer drehbaren ebenen Scheibe D im gleichen Abstand von der Drehachse fest eingepaBt. 1m Mittelpunkt dieser Scheibe groift ein Gewicht G an, das die Pmf· korper gegen eine zweite ebene Stahlscheibe S anpreBt. Diese ist mit einer rotierenden Masse fest verbunden. Das auf die erste Scheibe D ubertragene Drehmoment wird durch ein Gegenmoment in geeigneter Weise kompensiert, wobei der Bewegungszustand der Scheibe D durch optische Messung kontrolliert wird. Aus der GroBe der Last, dem gemessenen Gegenmoment und einigen Apparaturkonstanten kaun der Reibungskoeffizient berechnet werden. - Die Versuchseiurichtung sollte ursprunglich zum Studium von Grenzreibungsproblemen benutzt werden; daher die kuglig begronzten Gleitfl.achen der Priifkorper und die geringe Gleitgeschwindigkeit. Beide Faktoren verzogeru die Ausbildung des Schmierfilms. - Fur weiche Lagerwerkstofi'e hat die Apparatur sich auch zum Studium der beginnenden Olfilmbildung als gut geeignet erwiesen. Die Einrichtung

1 Forrester: Zit. S.88, FuBnote 2. - 2 Chalmers, B., P. G. Forrester und E. F. Phelps, Proc. Roy. Soc. Bd. 187 (1946 A) S.430.


arbeitet mit relativ geringen Gleitgeschwindigkeitcn von 0,01 bis 2,25 m/sec. Auch die Last ist gering; sie betrug fiir die drei Priifkorper insgesamt 2 kg (also 2/3 kg je Probe). Der spezifische AnpreBdruck, der von den elastischen Eigenschaften des jeweils untersuchten Lagerwerkstoffs abhangt, wird nicht angegeben. - Harte der vergiiteten Stahlplatte (HD = 290); Schmiermittel: Admirality 1. C. E.; MineraHil fUr Kurbelgehause von ,,160 Redwood No 1 sec viscosity" bei 60" C.

Sowohl die Ergebnisse der Abb. 70 als auch die Resultate in den folgenden Abbildungen 71 bis 76 sind mit dieser MeBvorrichtung gewonnen werden.

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Abb. 72. Reibungskurven fUr verschiedene Lagerlegierungen. Stahloberflache mit Schmirgelpapier ,,2" hergestellt. (Nach P. G. Forrester.) Zusammensetzung der Lagerlegierungen siehe Abb. 70.

Die Kurven in Abb. 70 lehren zweierlei:

1. Die Reibungskoeffizienten der Ruhe sind bei allen WeiBmetallen groBer als z. B. bei der hiirteren Bleibronze. Kadmiumlegierungen haben dagegen einen bemerkenswert geringen Reibungskoeffizienten der Ruhe.

2. Mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit nehmen die Reibungskoeffizienten der WeiBmetalle weitaus starker ab, als es bei der harteren Bleibronze der Fall ist. Dies erklart sich daraus, daB bei WeiBmetallen die Mikro-Unebenheiten der Gleitflache unter der Einwirkung der Last schnell ausgeglichen werden, wodurch die Bildung eines zusammenhiingenden Schmierfilms erleichtert wird und daher reine Fliissigkeitsrei bung schnell in steigendem AusmaB den Reibungsvorgang bestimmt.

Andererseits hat zwar die Bleibronze einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten der Ruhe; er nimmt jedoch bei steigender Geschwindigkeit nur wenig abo Forre8ter fiihrt dies darauf zuriick, daB bei hiirteren Lagerlegierungen die Fliissigkeitsreibung erst bei hoheren Gleitgeschwindigkeiten ins Spiel kommt. Die deutliche Uberlegenheit der weichen WeiBmetalle (und der Kadmium-

Gleitverhalten. 91

legierung) ist eine Folge ihrer groBeren Schmiegsamkeit in mikroskopisch kleinen Bereichen (microconformability), die eine Anpassung der WeiBmetalloberflache an das hartere Gegenmetall (Stahl) moglich macht. Diese Fahigkeit begiinstigt die Ausbildung eines zusammenhangenden Olfilms hoher Tragfahigkeit.

Nach Messungen von Bowden, Moore und Tabor!,:< hat Bleibronze auch bei trockener Reibung einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Die Ursache hierfUr ist die Gefiigekomponente Blei, die die Bronzeoberflache in diinner Schicht uberzieht und als Schmierfilm wirkt.

Die Oberflachengute hat auf den Reibungskoeffizienten einen erheblichen EinfluB. Forrester 3 hat diesen EinfluB fur bleiund zinnreiche WeiBmetalle bei reichlicher und extrem geringer Schmierung untersucht.

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Tempel'utul' Abb. 73. Abhangigkeit der Reibungskoeffizienten eineszinnreichen WeiJ.lmetalls (Zusammensetzung siehe Abb. 70) von der Temperatnr bei Gleitgeschwindigkeiten zwischen 0,01 nnd 2,26 cm/sec.

Stahloberflache hergestellt mit Schmirgeipapier ,,0". (Nach P. G. Forrester.)

In den Abb. 71 und 72 sind charakteristische Reibungskurven wiedergegeben. Die gestrichelte Kurve gilt fiir extrem geringe, die ausgezogene fur reichliche Schmierung. In der Versuchsreihe mit extrem geringer Schmierung wurde die Stahloberflache so vorbereitet, daB zunachst etmge wenige Oltropfen aufgebracht wurden, die anschlieBend durch mehrmaliges kraftiges Abreiben mit stets frischer, olfreier Baumwolle wieder entfernt wurden. Nach Blodgett und Langmuir4 soll diese V or

bereitung einen im wesentlichen unimolekularen Schmierfilm liefern. - Die Abbildungen zeigen in ihrer unteren Halfte die Anderungen der Reibungskoeffizienten nach 320 Umdrehungen bei reichlicher Schmierung; sie erlauben damit auch ein Urteil iiber den Einlaufvorgang. SchlieBlich ist auch noch ein Vergleich der verschiedenen Gleitlagerwerkstoffe untereinander moglich.

Aus den Kurven ergibt sich folgendes:

Bei gut gegliittetem Stahl (Oberflache mit feinkornigem Schmirgelpapier ,,0" oder durch Polieren hergestellt) bewirkt der unterschiedliche Grad der Schmierung eine mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit wachsende Differenz der Reibungskoeffizienten, Abb. 715. Hierfur ist maBgebend, daB bei guter Schmierung die Ausbildung eines flussigen

1 Bowden, F. P., A. J. W. Moore u. D. Tabor: J. Applied Physics, Bd.14 (1943) S.80. - 2 Bowden, F.P. u. D.Tabor: J. Applied Physics, Bd.14 f1943) S.141.

3 Forrester, P. G.: J. Inst. Met. Bd. 72 (1946) S.573/589. 4 Blodgett, K. B. und J. Langmuir: Phys. Rev. Bd.51 (1937 II) S.964. 5 Die Oberflachenrauhigkeit betrug, senkrecht zur Gleitrichtung gemessen, bei:

Schmirgelpapier 0: 0,076 bis 0,089 mm (3 bis 3,5 micro.-in.). Schmirgelpapier 2: 0,559 mm (22 micro.-in.).


Schmierfilms leichter moglich ist. Bei Wellen mit groBerer Oberflachenrauhigkeit (Oberflache mit grobkornigem Schmirgelpapier ,,2" hergestellt) ist dieser Unterschied bei erwartungsgemaB hoheren Reibungskoeffizienten viel weniger ausgepragt, Abb. 721; die groBeren Unebenheiten der Stahloberflache hemmen die Ausbildung eines zusammenhangendim Schmierfilms. - Diese Deutung steht im Einklang mit Stromdurchgangsmessungen im Olspalt von Forrester2 und Beobachtungen von Jakeman und Fo(](/, wonach glatte Oberflachen die Schmierfilmbildung begiinstigen.

Auch die Temperatur hat auf die GroBe des Reibungskoeffizienten einen maBgeblichen EinfluB. Die Abb. 73 und 74 geben eine Ubersicht iiber die Veranderung des Reibungskoeffizienten mit steigender Temperatur, wobei gleichzeitig der EinfluB der Gleitgeschwindigkeit undentsprechend den Bildunterschriften -auch die Bedeutung der Oberflachengiite abzulesen ist.

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TempeflJ//Jf Abb. 74. Abhiingigkeit des Reibungskoeffizienten eines zinnreichen WeiJ3metalis (Zusammensetzung siehe Abb. 70) von de .. Temperatur bei Gieitgeschwindigkeiten zwischen 0,01 und 2,26 em/sec. Stahloberfliiche hergestellt mit Schmirgelpapier .. 2".

(Nach P. G. Forrester.)

Bei guter Oberflachenglatte ist bei 20° der Reibungskoeffizient sehr stark von der Gleitgeschwindigkeit abhangig. Mit zunehmender Temperatur nahern sich aber aIle Kurven einem Grenzwert von 0,17, der urn so friiher erreicht wird, je kleiner die Gleitgeschwindigkeit ist, Abb.73. Bei einer rauheren Stahloberflache ist der EinfluB del' Gleitgeschwindigkeit und der Temperatur nicht mehr so stark ausgepragt; aber auch in diesem Fallliegt der Grenzwert fiir den Reibungskoeffizienten etwa bei 0,17, Abb. 74.

Der Reibungsgrenzwert von 0,17, der aus diesen Versuchen abzuleiten ist, stellt sich also ein: entweder bei niedriger Gleitgeschwindigkeit, bei hohen Temperaturen oder einer grofJeren Rauhigkeit der Stahloberjliiche. Die besonders bei polierter Stahl scheibe mit steigender Temperatur zunehmende Reibung ergibt sich aus der Viskositatsanderung des Schmiermittels bei hoheren Temperaturen. Die Viskositat nimmt mit

1 Die Oberfiachenrauhigkeit betrug, senkrecht zur Gleitrichtung gemessen, bei: Schmirgelpapier 0: 0,076 bis 0,089 mm (3 bis 3,5 micro.-in.). Schmirgelpapier 2: 0,559 mm (22 micro.-in.).

2 Forrester, P. G.: Proc. Roy. Soc. Bd. 187 (1946 A) S.439. 3 Jakeman, C. und A. Fogg: J. lnst. Petroleum Technol. Bd. 23 (1937) S. 350.

Gleitverhalten. 93

steigender Temperatur ab, wodurch zwanglaufig der Anteil der reinen Fliissigkeitsreibung an dem gesamten Reibungsvorgang zuriickgeht.

Das "Einlaufen" der WeiBmetalle ist offensichtlich von dem Rauhigkeitsgrad des Stahles und der Temperatur abhangig. Bei gut geglattetem

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[j / e i t g e s eli win dig k e if Abb. 75. Abhiingigkeit des Reibungskoeffizienten von der Gleitgeschwindigkeit bei 100e.

Stahloberfliiche hergesteUt mit Schmirgelpapier ,,0". (Nach P. G.Forrester.) Zusammensetzung der Lageriegierungen siehe Abb. 70.

Stahl und reichlicher Schmierung sinken die Reibungskoeffizienten nach 320 Umdrehungen, Abb. 71. Bei rauher Stahloberflache, Abb. 72, oder bei erhohten Temperaturen, Abb.75, liegen dagegen die Reibungskoeffizienten nach 320 Umdrehungen hoher als zu Beginn der Messung.

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Abb. 76. Abhiingigkeit des Produktes: Reibungskoeffizient X Gleitgeschwindigkeit (,... v) von der GleitgeschwindigkeU (v). (Nach P. G. Forrester.) Zusammensetzung der Lagerlegierungen s. Abb. 70.

Dieses Ergebnis wird vonForrester damit erklart, daB bei rauheren Stahloberflachen bzw. hoheren Temperaturen der Einlaufvorgang zu einem AufschweiBen von Lagermetall auf Stahl fiihrt, so daB der Reibungskoeffizient, der sich einstellt, der Kombination Lagermetall -- Lagermetall zuzuofdnen ist. -- Der Reibungskoeffizient von WeiBmetall auf WeiBmetall ist sehr groB; er betragt 0,8 nach Messungen vonForresterbeigeschmierten Oberflachen. Da anzunehmen ist, daB die drei Faktoren: abneh·

mende Oberfiachenglatte, steigende Temperatur und sinkende Gleitgeschwindigkeit den Reibungsvorgang durch steigende Anteile an Grenzreibung und abnehmende Anteile an Fliissigkeitsreibung verandern, erscheint das Ergebnis verstandlich.

Einen charakteristischen Unterschied zeigt auch Abb. 76, worin in Abhangigkeit von der Gleitgeschwindigkeit das Produkt f-t. v aufgetragen ist. Der Flacheninhalt unter jeder Kurve entspricht der


Reibungsarbeit, die beim Anfahren bis zur Geschwindigkeit von 2,26 cm/sec geleistet werden muB. Die Versuche erfolgten bei gleicher Belastung. Siezeigeneindringlich, daB bei Blei- und Zinn-WeiBmetallen gegenuber der harteren Bleibronze ein betrachtlicher Unterschied zugunsten der WeiBmetalle besteht.

Verschleif3. Die Frage des Ver

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Hudson 2, Herschman und BasiP und ------ -_--10 den Messungen durch v. Goler und Mitarbeitern ergibt sich eine deutliche Ubedegenheit der Zinn-WeiBmetalle, wie ein Vergleich der Abb. 77 und 78 erkennen laBt. Die dort dar-

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Abb.77. Verschleillversuche an Zinn-Weillmetallen auf Polierrotpapier. (Nach v. Giiler und H. Pfister.)

gestellten TrockenverschleiBversuche - bei denen die Verkurzung eines 2 mm starken mit 1 kg belasteten Versuchsstabchens nach Zuruck-

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Abb. 7~. Verschleillversuche an BIei-Zinn-Weill-metallen (Zusammenstellung nach v. Giiler und F. Scheuer). 0 - - - 0 Versuche von Herschman und Basil an der Amsler-Maschine unter 01 (Gewichtsverlust nach 1000 Umdrehnngen). (I, - - - /'., Versuehe von Ackermann bei trockener Reibung gegcn Stahl (abgenutztes Volumen je Zeiteinheit). -- Versuche van v. GiRer und F. Scheuer bei trackener Reibung gegen Schmirgel-

papier.

legung eines bestimmten VerschleiBweges als MaB fur die GroBe des VerschleiBes gewahlt wurde - ergeben fur ZinnWeiBmetalle einen deutlichen EinfluB des Kupfergehaltes, wiihrend der Antimonzusatz erst oberhalb 7 % merldich wird (Abb.77). Bei Blei-Zinn-WeiBmetallen ergibt sich ein VerschleiBhochstwert bei 10 % Sn, Abb. 78; mit steigenden Zinngehalten nimm t der VerschleiB stark ab und nahert sich den in Abb. 77 angegebenen Werten. Ein steigender Kupfergehalt wirkt in diesen Legierungen verschleiBhemmend. Es scheint ferner so, als ob durch Zugabe von etwa 1,3 % Arsen und

1,5 % Kadmium zu emem WeiBmetalI' WM 10 der VerschleiB betriichtlich verringert werden kann4 . Die vergleichsweise in Abb.78

1 Zimmermann: Metals & Alloys, Bd. 2 (1931) S.95. 2 Hudson: .J. lnst. Met. Bd. 52 (1932) S. 101. 3 Herschman: Zit. S. 74. 4 Bassett, H. N.: Bearing Metals, S. 200, London: Edward Arnold & Co. 1937.

Physikalische Eigenschaften der WeiBmetalle. 95

miteingetragenen Versuchswerte von Herschman und Basil wie auch die Ergebnisse von Ackermann!, die unter anderen Prfifbedingungen gewonnen sind, zeigen sowohl in ihrer GroBe als auch in der Tendenz der Abhangigkeit vom Zinngehalt gegeniiber den Messungen von

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Abb. 79. Warmeleitfiilligkeit von Lagerwerkstoffen (gemessen von F. Raisch).

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v. Goler und Mitarbeitern einen andersartigen Verlaui. Die Schwankungen in der absoluten Hohe des VerschleiBes sind bei Beriicksichtigung des iiberragenden Einflusses unterschiedlicher Priifund Schmierungsbedingungen 2 verstandlich. Die Tatsache, daB aber auch der Gang der MeBergebnisse die aufgezeigten groBen Unterschiede aufweist, ist als Beweis dafiir anzusehen, daB auf diesem Gebiet eine Klarung noch nicht erfolgt ist. Diese ist natiirlich erst dann zu erhalten, wenn eine Einigung fiber

die Art, wie der VerschleiB gemessen werden soIl, erzielt ist. Durch v. Goler ist darauf hingewiesen worden, daB es bei WeiBmetallen schwierig ist, reproduzierbare Ergebnisse fiber die GroBe des VerschleiBes zu erhalten, was die starke Streuung der in Abb. 78 mitgeteilten Ergebnisse bestatigt.

6. Physikalische Eigenschaften der WeiBmetalle.

Von den physikalischen Eigenschaften der WeiBmetalle interessieren vornehmlich das W iirmeleitvermogen und das thermische A 'Usdehn'Ungsverlw,lten. Angaben fiber die spezifischen Gewichte enthalt Zahlentafel20. Uber die Warmeleitung bei hOheren Temperaturen gibt Abb. 79 AufschluB, die zum Vergleich die Warmeleitzahlen einiger anderer Lagerlegierungen und die der wichtigsten Basiselemente enthalt. Die Abbildung zeigt, daB aIle WeiBmetaIlarten, vornehmlich aber die auf Blei·ZinnBasis, ein sehr kleines Warmeleitvermogen besitzen. Da aber die Starke

1 Ackermann: Z. Metallkde. Bd.21 (1929) S.339. I Jakeman, C. u.G. Barr: Engineering, Bd. 133 (1933) S.2oo.


der AusguBschicht besonders in hoher beanspruchten Lagerungen zwecks Steigerung der Haltbarkeit nur etwa 0,5 mm betragt, diirfte hier die schlechte Warmeleitzahl gegeniiber dem Gesamtwarmewiderstand Stiitzschale + WeiBmetallausguB nicht sehr ins Gewicht fallen. Anders liegen die Dinge natiirlich, wenn AusguBstarken von 10 mm und mehr verwendet werden.

Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten derwichtigsten WeiBmetalle enthiilt Zahlentafel29 (S. 81). Hervorzuhebensind lediglich die groBeren Ausdehnungsbeiwerte der WeiBmetalle auf Blei-Zinn-Basis. Vergleicht man hiermit das Ausdehnungsverhalten von Stahl, Bronze und Aluminium (Ausdehnungsbeiwerte zwischen 0 bis 100°: 12.10- 6, 18.10- 6

bzw. 24 . 10-6 mm/mm ° C), so ergibt sich, daB namentlich die Kombination: Stahl-WeiBmetall auf Blei-Zinn-Basis zu starken Zugeigenspannungen fiihren kann, die die Haltbarkeit der Bindung und die Lebensdauer des Lagers verkleinern konnen.

7. Zusammenfassende Ubersicht.

In den vorhergehenden Abschnitten ist entsprechend dem heutigen Stand der Entwicklung eine Ubersicht gegeben worden iiber die chemische Zusammensetzung, den Gefiigeaufbau, die metallurgischen Eigenschaften, die mechanisch-technologischen Kennwerte und die physikalischen Eigenschaften der zinnreichen und bleireichen Wei/3metalle.

Beide WeiBmetallarten besitzen zwei ausgezeichnete Eigenschaften, die sie als Gleitlagerwerkstoffe besonders wertvoll machen; und zwar handelt es sich erstens urn ihre geringe Fre/3neigung und zweitens urn die Begunstigung der Ausbildung und Aufrechterhaltung der reinen Fliissigkeitsreibung.

Die Legierungsentwicklung scheint einen AbschluB erreicht zu haben, der kaum noch wesentlich verbessert werden kann. Bemerkenswert sind die im letzten Jahrzehnt bei bleireichen WeiBmetallen in starkerem MaBe verwendeten Arsenzusatze.

In konstruktiver Hinsicht ist hervorzuheben die Entwicldung von Verbundlagerschalen mit sehr geringen AusguBschichtdicken, die eine wesentliche Steigerung der Dauerhaltbarkeit bewirkt haben.

Wenn die WeiBmetalle fiir Hochleistungslager wegen ihrer begrenzten Belastbarkeit in der Warme auch nicht mehr ausreichend sind, so ist demgegeniiber doch festzustellen, daB sie in vielen Fallen mit geringen bzw. mittleren thermischen und mechanischen Anforderungen ein gutes Verhalten zeigen. Sie sind in diesem Anwendungsbereich auch heute noch ein unentbehrlicher Gleitlagerwerkstoff.

B. Gehiirtete Bleilagermetalle. Von Dr.-Ing. R. Weber!, Frankfurt a. M.

Mit 25 Abbildungen.

1. Einleitung.

Die mit Alkali- und Erdalkalimetallen geharteten Bleilagerlegierungen nehmen unter den Bleilagermetallen eine Sonderstellung ein. Sie werden allgemein als gehartete Bleilagermetalle bezeichnet 2. Von gelegentlichen friiheren Vorschlagen abgesehen, hat ihre Entwicklung begonnen, als urn das Jahr 1914 in verschiedenen Staaten Schwierigkeiten in der Zinnund Antimonbeschaffung auftraten. Es ist in erster Linie der Aufgeschlossenheit der Deutschen Bundesbahn zuzuschreiben, daB sie auch in der Folgezeit weitgehend angewendet wurden3. Die Aufzahlung der nahezu 100 auf dies em Gebiet vorliegenden Patente und die Nennung der Namen der an diesen beteiligten Forscher und Techniker wiirde iiber den Rahmen dieser Arbeit hinausfiihren. In den 40 Jahren ist erhebliche Entwicklungsarbeit geleistet worden, die im wesentlichen mit den Namen H. Hanem.ann, Mathesiu8, W. Kroll, J. Czochralski, Shoemaker und E. Schmid verkniipft ist. In Zahlentafel 1 sind nur die in jiingerer Zeit im Schrifttum bekanntgewordenen bzw. die z. Z. benutzten Legierungen zusammengestellt.

In Deutschland wird das Bn-Metall vor allem neben Bleibronze als Achslagerwerkstoff fiir Wagen der Bundesbahn in groBem Umfang verwendet. Dem gleichen Zweck dient in der UdSSR neben Blei-Antimonlagermetallen das Calcium-Babbit4 • Das Anwendungsgebiet der Satco-Legierung erstreckt sich ebenfalls auf das Eisenbahngebiet und auf bestimmte Dieselmaschinen5, 6. Die Einfiihrung haherer Achsdriicke

1 Neubearbeitung des gemeinsam mit dem verstorbenen Herrn Dr.-In/!:. F. K. Frhr. v. Galer verfaBten Abschnittes der 1. Auf!.

2 Der Kiirze halber seien von den in der vorliegenden Arbeit zum Vergle<ich herangezogenen Lagermetallen die Bleilegierungen mit Zusatzen von Antimon, Zinn, Kupfer usw. (z. B. WM 10) als Blei.Antimonlagermetalle, die Zinnlegie. rungen mit Zusatzen von Antimon, Kupfer usw. (z. B. WM 80) als Zinnlagermetalle bezeichnet.

3 Lindermayer: Das deutsche Eisenbahnwesen der Gegenwart Bd.l (1923) S. 278/288. - Glasers Ann. Bd. 116 (1935) S. 35/42, 43/50.

4 Schneider, V.: Arch. f. Metallkde. Bd. 1 (1947) S.431/433. 6 Ellis, O. W., P. A. Beck u. A. F. Underwood: Metals Handbook, The American

Soc. for Metals, Cleveland Ohio, 1948, S. 745/754. 6 Clauser, H. R.: Materials and Methods Bd. 28 (19;l8) S.76/86.

7 Kuhnel, GleiUager. 2. Aufl.

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Aufbau. 99

bei den Eisenbahnwaggons und hoherer Zuggeschwindigkeiten ftihrten zu gewissen Schwierigkeiten mit Bn-Metall, so daB bei der Bundesbahn Versuche mit yerbesserten Bn-Metallegierungen eingeleitet wurdenl. Diese noch nicht abgeschlossenen Entwicklungsarbeiten ftihrten, auf den beiden Legierungen MGS 7422 und MGS 7420 aufbauend, zu dem M: G S-Lagermetall.

Bei den nachfolgenden Ausftihrungen stehen Bn-l\fetall und z. T. die ~IGS-Legierungen an erster Stelle, da wirklich faBbare Angaben uber die genaue Zusammensetzung und die Eigenschaften der anderen gehiirteten Rleilagermetalle durftig sind und dem Verfasser biHher unyeroffentlichtes ~iaterial uber die Bn-Metall-Legierungen zur Verftigung stand2•

2. Aufhau.

Fur die Geftigebeurteilung seien zunachst m Zahlentafel 2 die GefugeverhaltniHse bei den wichtigsten binaren Rleilegierungen mit Zusiitzen an Alkali- und Erdalkalimetallen beschrieben.

Das System Blei-BaTium wurde zuletzt yon G. GTube und A. DietTich untersucht. Auf Grund yon Aushartungsversuchen bei Raumtemperatur, bei denen Hariumgehalte von 0,14% noch zu einem geringen Harteanstieg fUhrten, wird auf eine noch kleinere Raumtemperaturliislichkeit geschlossen. E. Schm.icl und Mitarbeiter geben eine Loslichkeit yon etwa 0,02% bei Raumtemperatur an. Sie stutzen sich dabei auf eigene Aushartungsversuche bei gleichzeitiger Verfolgung der Geftigeausbildung. Die Werte fiir die Blei-Kalzium-Legierungen wurden von E. E. Schumacher und G. H. Bouton aus Widerstands- und Hartemessungen el'haIten. Die Loslichkeit yon Magnesium in Blei wurde yon X. S. Kurnakow, S. A. Pogoclin und T. A. Viclusm'a und von del' Rleiforschungsstelle unterHucht. Aus WiderstandHmessungen schlieBen jedoch A. EuckeT und H. Schurenberg, daB die Loslichkeitsgrenze fiir Magnesium in Hlei bei Raumtemperatur nicht wie von oben genannten Forschern angegeben bei 0,2%' sondern 0,06% liegt. Eigene Vel'suche liber das Korrosionsverhalten (95 0 Wasserdampf) von Legierungen mit 0,7% Ca, O,J% Ba, 0,2% Na und Magnesiumgehalten von 0,05 bis 0,8% ftihrten zu dem Ergebnis, daB auch bei diesen Legierungen die Loslichkeit des ~Iagnesiums bei Raumtemperatur bei etwa 0,05% liegen muB. Die letzte eingehende rntersuchung des Systems BleiNatTium wurde von H. KlaibeT durchgeftihrt. Aus Temperaturwider-

1 Schneider, V.: Metall Ed. 3 (1949) S. 32i/330. 2 Es handelt sich hierbei urn Versuchsergebnisse aus dem Metall-Laboratorium

der Metallgesellschaft. Der Verfasser i~t der Metallgesellschaft fiir die Genehmigung zur Veriiffentlichung zu Dank verpflichtet, ebenso Frl. E. Schulz und den Herren E. Schmid und W. Jung-Konig, von denen wertvolle Anregungen und ein Teil der in Frage kommenden Versuchsergebnisse stammen.

,*

100 R. Weber: Gehiirtete Bleilagermetalle.

standskurven entnil1lll1t er einen Loslichkeitsbereich fiir Xatrium in Blei von 0,4% bei 20° und 2,4% bei 304°. AUf:! mikroskopischen l~ntersuchungen und aus dem YerIauf del' Aushartung schlieBen E. Schmicl und E. Schulz, daB die Sattigungsgrenze fiir Xatriulll bei Raumtemperatur bei etwa 0,2% und bei 160° bei etwa 0,62% liegt. Wahrend bei Blei-Hariulll die HaPb3-Phase bei Entmischung gleichmaBig im ganzen Korn auftritt, erfolgt die Ausscheidung yon XaPb3 yorwiegend an den

Zahlentafel 2. Gefugeverhaltnisse bei den wicktigsten binaren Bleilegierungen mit Alkali- und Erdalkalimetallen. (Vergl. hierzu auch M. Hansen l .)

I Eutektikum

Zusatz Liislichkei t Zusammen-

I

niichste Literatnr setzung Tempcratur Kristallart

'/0 Old cC

Ba 0,02-0,5 6,2

I 293 BaPba 2, 3, .4,

Ca 0,01- 0,1 0,1 328 CaPba

peritektis~h

Mg 0,06-0,7 2,5 250 Mg2Pb 7, 3, 6

(0,2) Ka (0,4)-2,4 2,5 304 -XaPba

0,2 9, 4

Li < 0,02-0,11 0,69 235 LiPb 10, 11

1 Hansen M.: Der Aufban der Zweistofflegiernngen. Springer, Berlin 1936. - 'Grube, G. und A. Dietrich: Z. Elektroehemie Bd. 44 (1938) S. 755. - 3 Hofmann, W.: Blei und Bleilegierungen, J. Springer, Berlin 1941. - • Schmid, E.: Z. f. )Ietallkde., Bd. 35 (1942) S. 85/92. - , Schumacher, E. E. nnd G. H. Bouton: Metals and Alloys Bd. 1 (1930) S. 405/409. - 'Kumakow, N. S., S. A. Pogodin u. T. A. Viduso1lU: Ann. Inst. Anal. phys.-ehem. (Leningrad) lId. 6 (1933) S. 266. -7 Eucken, A. n. H. Schiirenberf/: Ann. Phys. Bd. 33 (1938) S. 1. - 'Klaiber, H.: Z. Elektroehem. Btl. 42 (1936) S. 258. - 'Schulz, E.: lIIetallwirtseh. Bd. 20 (1941) S. 418/424. - 10 Grube, E. u. ll. Klaiber: Z. Elektroehem. Bel. 40 (1934) S. 745. - 11 v. HanUsfengel, K. n. H. Hancmnnn: Z. :lIetallkde. Bd. 30 (193R) R. 50.

Korngrenzen. Nach von E. Zintl und A. Harder! durchgefUhrten Strukturbestimmungen und nach yon H. Klaiber angestellten Widerstandsmessungen existiert die Verbindung NaPb3 nicht. Die ausgeschiedene Kristallart stellt viellllehr einen Mischkristall del' Verbindung ~aPb3 (25 At- % Na) mit Natrium dar, del' 28-32 At- % Xa enthiilt. Die von G. Grube u. H. Klaiber durch Widerstandsmessungen bestimmte Loslichkeit von Lithium in Blei wurde nul' bis zu del' Temperatur von 1200 (0,034 %) herunter verfolgt. Aus Aushartungsversuchen, die K. von Hanttstengel und H. Hanemann durchfiihrten, schlieBt W. Hotm,ann, daB die Loslichkeit von Lithium in Blei bei Raumtemperatur unter 0,02 % liegt.

Aluminium wird einem Teil der geharteten Bleilagermetalle als korrosionshemmender Bestandteil zugesetzt. 'Cber die Loslichkeit von Alu-

1 Zintl, E. und A. Harder: Z. phys. Chern. A, Bd. 154 (1931) S. 47.

Aufbau. 101

nliniuTn in 1:Uei in festenl Zustand ]iegen keine eingehenden Untersuchungen vor. Es ist anzunehmen, daB eine geringe Loslichkeit von Aluminium in 13lei vorhanden ist.

Uber die ternaren und hoheren Zustandsschaubilder ist nUl' wenig belmnnt . Aus einem kurzen, das teI:nare System Blei·Kalzium-Natrium

Ji=200 behandelnden Berichtl geht her-VOl', daB in dem in Frage kom

" l1lenden Zusalllmensetzungsbereich die

-Pb=Msch- oberen Schl1lelzpunkte IfriS/(J// durch den Kalziulll

-Eul. . /Pb3 No. +Pb=

:;( l1ischkri.sf(J//)

gehalt bestiml1lt werden, wahrend die unteren dem des Blei-NatriulllEutektikums entsprechen diil'ften . Den Gefiigeaufbau bestilllmen die gleichen Phasen (CaPb3 und Mischkl'istall NaPb3), die in

1"4'

den biniiren Diagral1lmen verzeichnet sind. Das Auftl'eten del' 13lei-Kalziulll-Kristalle scheint jedenfalls durch die anderen Zusatze nicht wesentlich beein-

Abb.80. Gefuge von En-Metal!. Ausgeharteter Zustand.

fIuBt zu werden. Auch die gelegentl ich zugesetzten Schwer-

Quecks ilber das Kupfer auftl'eten2•

lll etalle wie Zinn , K admium und scheinen in del' Grundlll asse zu verschwinden. Nul' soIl in del' Legierung in Form del' Verbindung Cu 4Ca

Als Beispiel fiir die Gefiigeverhultni sl':e in Mehrstoff-Systelllen sei del' GeHigeaufbaudes Bn-MetallinAbbildung 80 gezeigt. Das in Abbildung81 wiedergegebene Gefiigebild einer MGS-Legierung soIl auf den grundsiitzlichen Unterschied der beiden Legierungen hinweisen . Die dargestellten Gefiige entsprechen den beiden Legierungen in ausgehiirtetem Zustand. Bei Hn-Metall (Ahh. 80) sind prim al' ausgeschiedene CaPb3-

KristalIe in quaternaren Hleil1lischkristalIen eingebettet. Die Korngrenzen bestehen a us einel1l Mehrphasen-Eutektikulll, vorzugsweise aus Ausscheidungen del' natriumreichen Verbindung NaPh3 . Del' ]~liichen-

1 Grube, G. und H. Klaiber : Z. Elektrochem. Bd. 40 (1934) S. 745. 2 Mathesius: GIasers Annalen Bd.92 (1923) S. 163/70.

102 R. Weber: Gehartote Bleilagermetalle.

anteil del' CaPb3-Kristalle ist et'nt 10 %1. Ihre ~Jihohiirte wird mit !la angegeben, die del' Grundmasse mit 45,72. Die MGS-]~egierung enthiilt ebenfalls pri milr a ll~gesch iedene CaPb3-Kristalle in Blei mischhistallell. An den Korngl'enzell befindet sich jedoch die eutektisch au~geschiedelle Verhindung Ba,Pb3. Die Verfolgung der Veriindel'ung des Gefiiges beider

1/=200 ]~egierllngen bei Einwirkung erhohter Tempemtur fii.hrt JIll

folgender Feststellung3 :

-Pb;Ms07- Die Ausscheidungen au" krisfall dem Bleil1l ischkristall

erfolgen, wie bei den biniiren Systemen BIeiNatrium lind BIei-

-Pb3Cll Barium, 11,uch bei BnMe tall gl'undsii tzlich andel's als hei den

___ Eul. MGS-Legiel'ungen. Die - ......... ~ (Pb3Bu+Pb= NaPb3 - Ausscheidungen

I1tschkrtslall) erstrecken sich bei Bn-

Abb.81. Gpfiigc der MGS-Lcgierung. Ausgehiirteter .7;ustand.

hei den MG~-Legiel'ungen, 11,uch heohachtet4 • Eine Beeinflussung 0,06 % Mg erfolgt nicht4 .

Metall von den Korngrenzen 11,usgehend weit in das Innere des Kornes (Abb. H2), wiihrend die BaPba-Kristalle hei den ~lGS-Legierungen punktund stilbchenWrmig in gleichll1iiBiger Verteilung 1m Korn auftreten (Abb. Sa). Die natriulll-reiche Verbindung NaPh3 ,,·ird

hei 2'ratriumgehalten bis 0,6 % nicht des Gefiiges durch Anwesenheit von

3. Physikalische, mechanische ond chemische Eigenschaften.

Wie schon erwiihnt wurde, machte die Erhohung del' Achsdriicke und der Fahrgeschwindigkeiten hei del' Bllndeshahn eine Weiterentwicklung des Bn-Metal!s notwendig. Diese Entwicklungsarheiten hatten sich Zll

1 In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daB infolge ihrer niedrigen Atomgewichte den Zusatzmetallen trotz geringen Gewichtsanteils an der Legierung eine Atomkonzentration von etwa 10% zukommt. Diese liegt durchaus in derselbcn GriiBenordnung wie die des Antimons in den Blei·Antirnonlagermetallen. -- 2 Rapp, A. und H. Hanemann: Z. f. Metallkde. Bd. :3:~ (1941) H.64. - 3 Schmid, E.: Z. f. Metallkde. Bd. :35 (U)43) S.85/ 92. - 4 Schulz, E.: Unveroffcntlichte Versuehe.

PhysikaJische, mechanische und chemische Eigenschaften. 103

erstrecken auf: Herabsetzung der Empfindlichkeit des Bn-Metalls gegentiber langzeitiger Einwirkung erhohter Temperaturen, Erhohung seiner Standfestigkeit und Herabsetzung seiner Ausbrandempfindlichkeit. :Bei Schilderung der Eigenschaften werden daher dieneuen I~egierungen hauptsachlich unter diesen Gesichtspunkten betrachtet, d . h. neben den iiblichen Kurzzeitversuchen zur Ermittlung der Festigkeitseigenschaften werden auch Versuche zur Beurteilung der Dauerstandfestigkeit und des Einflusses langzeitig ein wirkender Temperatur heran-gezogen.

a) PhysikaIische Eigenschaften. Das spezijische Gewicht der geharte ten BIeiIagermetaIle weicht von dem des reinen :BIeies (11,35)

'"1 I' -', I • . , .

• ,.,.., . ....... .... t-

/1=1500

/I=1S00

Abb.82. Gefiige von En-Metall. Warmbehandlung: 70 Std. bei 1600 C.

erheblich ab, weil der Dichteunterzwischen Blei und den Zu-

satzen auBerordentlich groB ist. So betragt das spezifische Gewicht von :Bn-Metall 10,56. Das spezifische Gewicht der verschiedenen Legie

Abb.83. Gefiige der lIfGS-Legierung. Warm-

rungen IaBt sich iiberschlagig aus folgenden, an binaren Legierungen gemessenen Zahlen ermitteIn: ftir 0,1 Gewichts- % Zusatz von Kalzium bzw. Natrium bzw. Lithium andert sich das spezifische Gewicht um

behandhmg: 70 Std. bei 1600 C. 0,029 bzw. 0,079 bzw. 0,24. Die spezijische Warme von Blei betragt

0,031 cal/grad . g. Die spezifischen Warmen der ErdaIkaIi- und besonders der AIkaIimetalle sind so viel groBer, daB sie trotz ihrer geringen Mengen die spezifische 'Warme nicht unerheblich erhohen. So hat 13n-Metall z. B. eine spezifische Warme von 0,034 'cal /grad . g.

104 R. Weber: Gehartete Bleilagermetalle.

Der W iil'meausdehnungskoeffizient von unlegiertem Hlei (29 . 10-6)

wird durch Alkali- und Erdalkalizusatze vergroBert. Fur eine Legierung mit 0,6 % Ca und 0,5 % Na wird er zwischen 20 und 200° zu 36,:l . 10-6

angegeben1. Eigene Messungen ergaben fur 1311-Metall 32,7 .10-6 zwischen 20 und 100°. Der Hochstwert fUr das Schwindma/l kann man durch Multiplikation des Ausdehnungskoeffizienten mit dem Temperaturintervall zwischen Raumtemperatur und Erstarrungstemperatur berechnen. Infolge des hohen Ausdehnungskoeffizienten ergeben sich nach dieser Berechnungsart SchwindmaBe von 0,95 bis 1,08 %2,3. Die bei den ublichen GieBanordnungen gemessenen Schwindungen sind wesentlich kleiner. - Das SchwindmaB hangt entscheidend von den gewahlten GieBbedingungen abo - So wurde nach dem Verfahren des staatlichen Materialprufungsamtes das SchwindmaB von Bn-Metall zu 0,76 % bestimmt. Millle'fl hat durch Versuche an etwa 100 mm hohen Stutzschalen bei Bn-Metall gezeigt, in wie hohem MaBe die Schwindung von der zweckmaBigen Abstimmung der Kokillen- und Schalentemperaturen beeinfluBt wird. Unterschiede in den Temperaturen der RotguBstutzschale zwischen 250° und 120° ergaben bei 320° Grundplattentemperatur und 100° Kerntemperatur Schwindungsunterschiede zwischen RotguB und Bn-Metall von 0,26 bzw. 0,48 mm (SchwindmaB etwa 0,25 bzw. 0,5 %).

Die W iirmeleitfiihigkeit von Bn-Metall betragt 0,050 cal/cm . grad· s. In guter Ubereinstimmung damit steht eine Schrifttumsangabe4 von 0,050 bei 20° und 0,044 bei 200°. 300stundiges Ausgluhen bei 150° hat praktisch keinen EinfluB auf die Warmeleitfahigkeit4•

Der Elastizitiitsmodul wird fur 13n-Metall zu 2200-2600 kg/mm2 bei Raumtemperatur und zu 1600 bis 2000 kg/mm2 bei 100° angegeben 4-6.

Die MGS-Legierung hat einen Elastizitatsmodul von 2500 kg/mm2 bei Raumtemperatur. .

b) Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur. Die mechanischen Eigenschaften der geharteten Bleilagermetalle sind wie die der BleiAntimon-Lagermetalle erfahrungsgemaB stark von den GieB- und Abkuhlungsbedingungen abhangig. Ferner ist zu beachten, daB die Legierungen bei Raumtemperatur nicht stabil sind, daB daher nach dem GieBen oder einer Warmebehandlung 3 bis 6 Tage bis zur Messung abzuwarten sind, dam it die Veranderungen der mechanischen Eigenschaften im wesentlichen abgeschlossen sind.

1 Botschwar, A. A. und A. A. Maurach: Zvetngy Metally (The Non·Ferrous Metals) (1930) S.504/507. Ref. Chern. Zbl. Bd. 101 (1930) S.613.

2 Czochral8ki, J.: Z. Metallkde. Bd. 12 (1920) S.371/403. - Czochral8ki, J. und G. Welter: Lagermetalle und ihre technologische Bewertung. Berlin: Springer 1924. - 3 Miiller, H.: Z. VDI Bd.72 (1928) S.879/884. - 4 Bollenrath, F., W. Bungardtu. E.Schmidt: Luftf..Forschg. ;Bd.14 (1937) S. 417/425. - 5 Cuthbert8on, Z. W.: J. Inst. Met. Bd. 64 (1939) S. 209. - 6 Herttrich; H.: Metallwirtsch. Bd.22 (1943) S. 195.

Physikalische, mechanische und chemische Eigenschaften. 105

(X) N achhiirtung (A ushiirtung). Bei Besprechung der Gefuge ist bereits erwahnt worden, daB verschiedene Zusatze zu den geharteten Bleilagermet allen eine temperaturabhangige Loslichkeit in Blei haben. Dieser Umstand fiihrt zu der oben erwahnten Instabilitat der Eigenschaften dieser Legierungen uber mehrere Tage nach dem GuB oder nach einer Warmebehandlung. Ahnliche Beobachtungen werden auch bei den Blei-, Antimon- und den Zinnlagermetallen gemachtl,2, scheinen aber nicht mit der gleichen Grundlichkeit untersucht worden zu sein.

Schon 1918 wird fUr das Frary-Metall (0,43-1 % Ca; 1,4-2 % Ba, 0,05% Na; 0,18% Sn; 0,1 % Cu; 0,24--D,33% Hg) die in Abb. 84 gegebene Kurve a mitgeteilt3, die die Hartezunahme von Blocken dieser Legierung beim Lagern wieder- ¥O,-,-,--,--,---;---,-,---r----, gibt. Kurve b zeigt, wie diese kgJmni

Hartezunahme bei 100° beschleunigt und vergroBert wird. Kurve c4 und d5 geben die Nach-

~ hartung fur Bn-Metall wieder. ,~

=l:: Der Betrag der Nachhartung ist bei den MGS-Legierungen der gleiche, der Anstieg der Kurve erfolgt etwas flacher. Die Anderung der Kennziffern des Zugversuches durch die Nachhartung zeigt Abb. 85 fur Bn-Meta1l6• Nach Abb. 86 ist ebenso wie die Harte

J ~-L~-L--;2L-~¥~-o~-~m~ ~

togerzeit Tage

Abb. 84. Nachhartnng geh1irteter Bleilagermetalle. a Frary·Metall, b Frary·Metall bei

1000 • c nnd d Bn- Metal!.

selbst, auch die Nachhartung von den GieBbedingungen abhangig. Und zwar steigt der Betrag der Nachhartung, wenn die Abkuhlung langsamer erfolgt, wahrend die Harte ein Maximum bei mittlerer Abkuhlungsgeschwindigkeit durchlauft. Erwahnt wird die Nachhartung noch in verschiedenen Arbeiten7 - 12,

1 Frhr. v. Galer u. H. Pfister: Metallwirtsch. Bd. 15 (1936) S. 342/348,365/368. 2 Frhr. v. Galer u. F. Scheuer: Z. f. Metallkde. Bd. 28 (1936) S. 121/126, 176/178. 3 Frary, F. C. u. S. N. Temple: Chern. Metall. Engng. Bd. 19 (1918) s.523/524. 4 Henkel, E.: UnverOffentlichte Versuche. 5 Kenneford, A. S. u. H. O'NeiU: J. Inst. Met. Bd. 55 (1934) S.51/69. B Arrowsmith, R.: J. Inst. Met. Bd.55 (1934) S. 71/76. 7 Ackermann, Ch. L.: Metallwirtsch. Bd.8 (1929) S. 701, 702. 8 Cowan, W. A., L. D. Simpkins u. G. O. Hiers: Trans. electrochem. Soc.

Bd. 40 (1921) S.27/49, Auszug: Chern. and Met. Engng. Bd.25(1921) S.1181/1185. 9 Grant, L. E.: Metals and Alloys Bd. 5 (1934) S. 161/164, 191/195.

10 Hack, C. H.: Metal Progr. Bd. 28 (1935) S. 61/64, 72. 11 KUhnel, R.: GieBerei Bd. 15 (1928) S.441/446. 12 Kunze: Masch.-Bau Betrieb Bd. 10 (1931) S.664/670.

7a


wahrend sich ausfiihrlichere Angaben, von den bei den Abb. 84 und 85 erwahnten Arbeiten abgesehen, nur vereinzelt finden1 - a.

Als Erklarung fiir die Aushartung ist eine Ausscheidung der nach dem GuB in fest.er Lasung verbliebenen Bestandteile, und zwar vor allem

Abb.85. Nachhartung von BnMetall beim Zugversuch. Gb Zugfestigkeit in kg/mm', Il Dehnung in Prozent, Gp Proportionalitats-

grenze in kg/mm·. (N ach A rrowsmilk.)

des Natrium anzusehen. Bewiesen wird diese Annahme durch Riickstrahlmessungen an Bn-Metall4, bei denen

b

~O~--~2~--~q~--~6----~8h AblrfJlJ/ungszeJl

Abb. 86. EinfluB der Abkiihlungsbedingungen auf die Nachhartung von Bn-Metall. a Hiirte 5 Tage nach dem GuB, b Hiirte 5 Stunden

nach dem GuB. (Nach E. Henkel.)

nach mehrstiindigem Lagern eine Zunahme der Gitterkonstanten der bleireichen Grundmasse festgestellt wurde, also eine Naherung an den Wert der Gitterkonstante von Blei. Das Auftreten diffuser Linien bei Riickstrahlaufnahmen an sechs Tage gelagertem Bn-Metall und die mikroskopische Beobachtung an dem gleichen Material, daB die Entmischung des iibersattigten Bleimischkristalles vorzugsweise an den Korngrenzen vor sich geht (vgl. Abb. 82), fiihrten E. Schmid5

zu dem SchluB, daB die Aushart:ung des Bn-Metalls auf einer Gleitflachenblockierung beruht. Bei den MGS-Legierungen zeigt das Gefiigebild (Abb. 81 und 83) - Fehlen des natriumreichen NaPb3-

Kristalles an den Korngrenzen, gleichmaBige Ausscheidungen von BaPba im Korn -, daB hier die homogene Entmischung Trager der Aushartung ist5 •

(J) Einflu/3 dcr Hohc der Zusiitze auf die mcchanischen Eigenschaften. Abb. 87 gibt fUr eine Reihe binarer Legierungen den EinfluB wachsender Zusatze auf die Harte wieder. Den steilsten Anstieg zeigen die Legierungen mit Lithium. Die hachsten Hartewerte jedoch sind mit Natrium

1 Burkhardt, A.: Metallwirtsch. Bd. 14 (1935) S.581/587. - 2 Czochralski, J.: Z. f. Metallkde. Bd.12 (1920) S.371/403. - Czochralski, J. u. G. Welter: Lagermetalle und ihre technologische Bewertung. Berlin: Springer, 1924. -3 Slawinski, N. P.; A. V. Shaschin u. N. A. Filin: Metallurg. Bd. 3 (1935) S. 66/81 (russ.). Ref. M. A. lnst. Met. Bd. 2 (1935) S.576. - 4 Farnham, G. S.: J. lnst. Met. Bd. 55 (1934) S.69/70. - 5 Schmid, E.: Z. f. Metallkde. Bd.35 (1943) S.85/92.


zu erreichen. Durchweg harten die Alkali- und Erdalkalimetalle sehr viel starker als gleiche Mengen von Schwermetallzusatzen. Je nach den Abkiihlungsbedingungen ist mit nicht unerheblichen Abweichungen von den hier angegebenen Werten zu rechnen. Und zwar betragt der Streubereich nach Uberschreiten des jeweiligen Mischkristallgebietes fUr:

Na Li Ca Mg Sn Hg ± 5 ± 2 ± 3 ± 2 ± 0,5 ± 0,5 Harteeinheiten.

Fur Kalium und Barium ist der Streubereich nicht bekannt.

tiber die Wirkung einer Anderung der Rohe der Zusatzkomponenten auf die Eigenschaften von geharteten Bleilagermetallen liegen keine systematischen Versuche vor. Die Abb. 88-91 zeigen nach eigenen Versuchen, wie sich bei Bn

~ Metall die je-weiligen Komponenten auswirken. Die GroBe des hartenden Einflusses der einze1nen Komponenten entspricht ungefahr dem, was auf Grund von Rar-temessungen an

Mg

o

Sn Hg

2,0 ew.- Yo 2,5

Abb. 87. Harte geg08sener biniirer Bleilegierungen. Na, Mg, Sn und Hg nach Goebel. '(H 1,25/4·20); Ca, Ba, K undLinach eigenen Messungen

(H 2,5/10·180).

den binaren Legierungen zu erwarten ist. Der EinfluB von Kalzium auf die mechanischen Eigenschaften tritt hinter dem der anderen Komponenten zuruck. Es hat vor allem Bedeutung fUr die Bildung der harten primaren Kristallart. Da diese den oberen Schmelzpunkt der Legierung bestimmt, ist die Zusatzmenge an Kalzium begrenzt. Aus Abb. 91 ergibt sich der EinfluB des Bleigehaltes. Die hartenden Zusatze sind hier in verschiedener Gesamtkonzentration, aber stets im gleichen gegenseitigen Verhaltnis wie im Bn-Metall vorhanden. Es zeigt sich, daB die Zusammensetzung des Bn-Metalls hinsichtlich der im Kurzzeitversuch bei Raumtemperatur ermittelten Eigenschaften das Optimum dessen darstellt, was durch eine Kombination der drei Zusatzkomponenten erreicht werden kann.

y) Mechanische Eigenschaften a'U8 Zug-, Druck· und Biegeversuch. In

1 Goe"tel, J.: Z. Met. Bd. 14 (1922) S. 357/366, 388/394, 425/432, 449/456.

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llO R. Weber: Gehartete Bleilagermetalle.

Zahlentafel 3 sind eine Reihe von Literaturangaben uber Ergebnisse aus Zug-, Druck- und Biegeversuchen zusammengestellt, wobei zur Vervollstandigung des Uberblickes auch einige der eingangs nicht genannten

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Abb_ 88 - 91. Abhangigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Konzentration der verschiedenen Bestandteile lies Bn-Metalls.

angezogen wurden. Ein Teil del' Werte stammt aus eigenen Mes-sungen, yon den en die m emer Prufserie erhaltenen zu einer Gruppe zu

sammengefaBt sind. Die Abhangigkeit del' Eigenschaften

von den GieBundAbkuhlungs -bedingungen und auBerdemdieBeeinflussung del' Ergebnisse d urch die Prufge-

sch windigkei t fuhren zu Streuungen, so daB die angegebenen Werte nur als Richtwerte an-zusehen sind. Inwieweit die

Eigenschaften schon von den

GieBbedingungen abhangen, solI am Beispiel

der Harte von Lagerausgussen gezeigt werden. Die in der Zahlentafe13 angegebenen Hartewerte sind an fUr Versuchszwecke gegossenen Proben gemessen worden. Nachstehende Bereiche (Zahlentafel 4) wurden an Ausgussen von Lagern mit Durchmessern von 40 bis 320 mm und Langen von 50-320 mm festgestellt. Bei den groBeren Lagern wurden z. T. Sandkerne benutzt. 1m allgemeinen sind die

H Brinellharte. "B Zugfestigkeit. 6 Dehnung (6 ,,). "w Wechselbiegefestigkeit fiir 20 . 10' Lastspiele.

Abb.88. Einftull des Kalziumgehaltes. Abb.89. Einftull des Lithiumgehaltes. Abb. 90. Einftull des Natriumgehaltes. Abb. 91. Einftu/3

des Bleigehaltes.


niedrigen Rarten den groBen Lagern zuzuordnen (Iangsame Abkiihlung, hauptsachlich bei Verwendung von San<{kernen).

Eine vergleichende Betrachtung der in Zahlentafel 3 angegebenen Eigenschaftswerte laBt auf eine "Oberlegenheit von Bn -Metall, Zahlentafel 4. Harten von LageraU8!JUssen.

Kalzium-Babbitt und MGS-Le-Legierung Harte kg/mml

gierung in den Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur

hli B b . . f I d Bn-Metall ....... . sc e en, el III 0 ge essen ge- MGS 7412 ....... .

23-39 20-28 27-40 ringerer Formanderungsfahigkeit. MGS-Legierung .. .

Bei einer rein qualitativen Be-urteilung werden die geharteten Bleilagermetalle in der Schmiegsamkeit den anderen Bleilagermetallen gleichgestelltl.

~) Wechselbiegete9tigkeit. Die im Schrifttum und aus eigenen Versuchen bekanntgewordenen Wechselbiegefestigkeiten sind der Zahlen

tafel 5 zu entnehmen.

Zahlentafel 5. WechBelbiegefe8tigkeiten. (20· 106 Lastwechsel)

Legierung

Bn-Metall ..... MGS-Legierung. Satco ........ .

Wechselbiegefestigkeit kg/mm'

2,5-3,0 2,8-3,2

2,1

Llteratur

1,2,3

3

1 Outhbert8on, J. W.: J. Inst. Met. Bd. 64 (1939) (4-dv. Copy). • Kenneford, A. S. u.H.O'Neill: J. Inst. Met. Bd.55 (1934) S. 51/69. 3 eigene Versuche.

s) Dauerstandtestigkeit. Die VerschiedenheitderVersuchsdurchfuhrung beiErmittlung des Dauerstandver. haltens fiihrt dazu, daB nur ein gruppenweiser Vergleich der unter. suchten Legierungen

. moglich ist.

Der FlieBfaktor nach Hargreaves wurde .fur Bn-Metall zu 0,020 bis 0,031 bestimmtS,3. Er liegt nach den von den Verfassern angegebenen Regeln (Werte > 0,02 lassen auf eine zu hohe Formanderungsfahigkeit, Werte < 0,02 auf eine mit Rucksicht auf Kantenpressungen zu niedrige Schmiegsamkeit schlieBen) giinstig. Bei Messungen uber die Abhangigkeit der Kugeldruckharte von der Belastungsdauer hat P. Lieber4 festgestellt, daB Lurgi-Metall, Kalzium-Metall5 und Mathesius-Metall6 langsamer flieBen als WM 80 und WM 5. Rartekriechversuche 7 brachten eine Uberlegenheit der MGS-Legierungen gegenuber Bn·Metall zum Ausdruck (Abb. 92). Uber eine Zeit von 500 Stunden ausgedehnte Dauer-

lElli8, O. W., P. A. Beck und A. F. Underwood: Metals Handbook, The American Soc. for Metals, Cleveland Ohio, 1948 S. 745/754. - 2 Cuthbert8on, J. W.: J. Inst. Met. Bd. 64 (1939) (Adv. Copy). - 3 Kenneford, A. S. und H. O'Neill: J.Inst. Met. Bd. 55 (1934) S. 51/69. - 'Lieber, P.: Z. f. Metallkde. Bd. 16 (1924) S. 128/131. - 5 Mathesius: Glasers Annal. Bd. 92 (1923) S. 163/170 (2,75% Ca; 2% Sn; 2 % Cu; 1,2% Cd, Rest Pb). - 6 0,65% Ca; 0,22% Mg; 0,6% Na; 0,08% AI; Rest Pb. - 7 Jung·Konig, W.: unveroffentlichte Versuche.


standversuche 1 fuhrten zu dem in Abb. 93 dargestellten Ergebnis. Eine Uberlegenheit der MGS-Legierungen gegenuber den WeiBmetallen und Bn-Metall tritt klar zutage.

Bei von R. K uhneZ2 mitgeteilten Dauerschlagversuchen auf dem Kruppschen Schlagwerk (Probe: 10 mm ¢; 10 mm Hohe. Fall-

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20 I/IJ lfIin 50 Priifdouer

Abb. 92. Hiirtekriechversuche bei Raumtemperatur.

Zeichenerkliirung zu Abb. 93

Nr·1 Legierung Zeichen Ca

Bn'Me:al1 , ...... , I • ll .• 0,69

2 MGS 1422 ." .... V 0,7

3 MGS-Legierung . , , + 0,7 -----

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5 LgPbSn 6 Cd ..... 0 75

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11.52 1 §,J5

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Abb. 93. Dauerstandversuche (500 Std.). Dehngeschwindigkeit, zwischen der zweihundertfunfzigsten und dreihundertsten Stunde in Abhiingigkeit von der Spannung.

Probendurchmesser 8 mm (nach W. Jung-Konig).

Zusammensetzung in %

Na Li I Al Mg I 0,62 0,04 I ~ 0,05 I 0,2 0,02 0,05 0,2 0,05 0,05

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Sb Cu Cd Ni ----- ----- ----- -----

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I 15 1 1,5 1,0

Pb

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moment 4,3 kg X 1 cm) ergeben sich fUr Bn-Metall 7000, fUr WM 80 128 und fur WM 10 55 Schliige bis zum Bruch.

c) Mechanischc Eigenschaften bei erhOhtcr Temperatur. Aus den schon dargelegten Grunden werden auch bei der Beschreibung der Eigenschaften in der Wiirme hauptsachlich die an der gleichen Prufstelle und unter gleichen Bedingungen erhaltenen Ergebnisse herangezogen.

1 Jung-Konig, W.: unveriiffentliche Versuche. 2 Kuhnel, R.: GieBerei Ed. 15 (1928) S.441/446.

Physikalisehe, meehanisehe und ehemisehe Eigensehaften. 113

IX) Warm1uirte. In Abb. 94 sind einige Warmhartemessungen mit niedriger spezifischer Belastung der Kugel! den Hartekurven einiger anderer Lager- 35~---_---...,....----.------r----' metalltypen ge- 'kgjrn-mz

geniibergestellt. Die geharteten fi

rlllY,Bleilagermetalle l'25 meItJA'l>.-~+--..--==~-I-----+----+----l

unterscheiden t :e'7gi sich danach von ~20hw.~~~~~~~~--4---~~-+--~~--+--------l

~ 5-'12 den Lagerme- ~ tallen auf Zinn- ~ 15

und Bleibasis 1101----I------"'~..--------"'-~-=---_I___"'_...,___-____l &S durch eine ver-

hiiltnismaBig niedrige prozentuale Abnahme der Warmharte mit steigender Temperatur, sowie dadurch, daB

o 50 100 150 200 250"( Temperotul'

Abb. 94. Warmharten verschiedener gehiirteter Bieilagermetal!e im Vergieich zu anderen Lagermetal!en (Frary-Metal! nach Herschman

und Basil. H 0.6/10- ?).

noch bei 250 0 eine erhebliche Warmharte vorhanden ist. Beides ist bedingt durch den hochliegenden unteren Schmelzpunkt der Legierungen.

Zahlentafel 6. Eige'1tschajten in der Warme.

Temperatur '0 26 65 100 150 200 Werkstoff

UB kg/mm2 7,8 6,5 5,2 3,4 2,0 Sateo 3

Zugversueh 1-15% 5,8 7,3 7,3 13,0 17,0 Sateo 3

u2%kg/mm2 8,6 7,3 5,2 3,8 2,4 Sateo 3

Druek-versueh

Temp. 0 C 20 60 100 150 200

uO,3kg/mm2 5,3 5,0 4,2 2,8 1,4 Frary-Metall 4

Kerbsehlag- IXk 2,3 2,6 2,2 2,8 3,9 Frary-Metall 4

zahigkeit em kg/em2 4,1 3,6 6,3 7,3 6,1 Bn-Metallo

1 Die Priifbedingungen bei diesen Messungen weiehen wegen der niedrigen Last von den friiher iibliehen abo Sie erseheinen aber gerade dadureh, wie an anderer Stelle ausgefiihrt2, fiir den Vergleieh versehiedener Legierungen besonders geeignet. - 2 Frhr. v. Galer u. G. Sachs: Mitt. Arbeitsber. Metallges. H.1O (1935) S. 3/10. Giell.-Praxis Bd. 57 (1936) S.76/79, 121/124. - 3 Hack, O. H.: Metal Progr. Bd.28 (1935) S. 61/64, 72. - ~ Herschman, H. K. u. J. L. Basil: Proe. Amer. Soc. Test. Mater. Bd.32 (1932 II) S.536/557 5 Unveroffentliehte Versuehe der Firma Amsler.

8 Kuhnel. GleitLager, 2. Aufl.


(3) Temperaturabhiingigkeit sonstiger Eigenschaften. Die im Schrifttum vorhandenen Angaben tiber die Temperaturabhangigkeit anderer Eigenschaften sind in Zahlentafel 6 eingetragen. Die verzeichneten Werte aus Warmzug- und Warmstauchversuchen sind fur die geharteten Bleilagermetalle im Vergleich zu denen der in den Originalarbeiten angefUhrten Zinn- und Bleilagermetalle noch bei 150° und 200° hoch. Die Kerbschlagversuche auf dem Izodhammer zeigen fUr Frary- und Bn-Metall einen hoheren Anstieg der Kerbschlagzahigkeit mit steigender Temperatur als fur alle anderen Legierungen. Weiterhin sind Versuche von Greenwood1

bekannt, bei denen die Verformung nach 100000 Schlagen auf einen Stahlstab, der in einem lagerahnlichen Korper aus der zu prufenden Legierung eingelegt war, gemessen wurde. Dabei nimmt die Verformung zwischen 18 und 150° fUr Bn-Metall nur auf das 2 1Mache zu, wahrend sie fur ein ZinnweiBmetall auf das 10fache steigt.

y) Enthiirtung. Wahrend bei Raumtemperatur die durch Nachhartung erreichte Endharte anscheinend beliebig lange erhalten bleibt, verlaufen

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2 " 6 6 ff'Wiif'mungsdauer in Wochen

bei erhohten Temperaturen die Stabilisierungsvorgange in den geharteten Bleilagermetallen weiter. 1m Zusammenhang damit fallen die Harten im Laufe der Zeit wieder abo Auf diese Erscheinung wird im Schrifttum mehrfach hingewiesen 2-8.

Abb. 95 zeigt dieses Verhalten fur Bn-Metall, die MGS-Legierungen und vergleichsweise fur eine Legierung der Gattung Lg PbSn 10. Es ist dort die

10 Harte nach verschieden langer Vorerhitzung bei 100°, gemessen

Abb. 95. Raumtemperatur-Harte von Bn-l\iet"n f h dEl . und MGS-Legierungen. nach verschieden lange. so ort nac em rka ten, eln-

Vorerwarmung bei 1000 C. gezeichnet. In Abb. 96 sind den auf ubliche Weise gemessenen Warmharten die nach sechswochiger Vorerhitzung gegentibergestellt. Aus beiden Darstellungen geht die Wirkung langandauernder Erwarmung auf die Harte hervor. Die Enthartung ist bei den MGS-Legierungen und bei der Legierung

1 Greenwood, H.: J. Inst. Met. Bd.55 (1934) S. 77/87. - 2 Kunze: Masch. Bau Betrieb Bd.lO (1931) S.664/670. - 3 Burkhardt, A.: Metallwirtsch. Bd.12 (1935) S.581/587. - 4 Garber8:0rg. Fortschr.Eisenbahnwes. Bd.91 (1936) S.293/312.-5 Heldt, P. M.: Automotiv. Ind. Bd. 78 (1938) S.412/422. - 6 Holtmeyer: Org. Fortschr. Eisenbahnwes. Bd. 92 (1937) S. 349/358. -- 7 Kennetord, A. S. und H. O'Neill: J. Inst. Met. Bd. 55 (1934) S.51/69. - 8 Schmid, E.: Z. f. Metallkde. Bd. 35 (1943) S. 85/92.


Lg PbSn 10 wesentlich geringer als bei Bn-Metall. Sie wird nach Untersuchungen von E. Schmid l bei Bn-Metall auf einen Ausgleich der KOllzentrationsunterschiede in den Kristallen, auf eine Koagulation der ausgeschiedenen Kristallart NaPbs und je nach der Enthartungstempera tur auf s;,

~, Z5 ~-'~I-I+l+++' ein Wieder-in-Losunggehen '<>

"'von ausgeschiedenem Na- ~ trium zuriickgefUhrt. Die ~lU~---+-\H+H-erhOhte Hartestabilitat der ~ MGS-Legierungen ist nach den gleichen Untersuchungen auf den Unterschied in der Art der Entmischung (vgl. Abb. 82 und 83) und auf die tragere Erdalkalidiffusion zuriickzufiihren. Dies trifft selbst fUr die MGS-Legierungen mit NaGehalten iiber der Raum-

Abb. 96. Warmhiirte von Bn-Metal! u. MGS-Legierungen ohne und mit langzeit.iger Vorerwilrmung.

temperaturloslichkeit im Blei zu. Seine Begriindung findet dieser Umstand, wie E. Schulz 2 durch mikroskopische Beobachtung nachweisen konnte, darin, daB auch bei diesen Legierungen das Natrium an den Korngrenzen nicht in Erscheinung tritt.

15) Dauerstandfestigkeit in der Wiirme. Wenn auch aus Kurzzeitversuchen iiber das Dauerstandverhalten keine sicheren Aussagen fiir die Praxis gemacht werden konnen, so sollen doch in Erganzung zu den bei Raumtemperatur durchgefUhrten. Hartekriechversuchen, deren Ergebnis durch die 500-Stundenversuche bestatigt wurde, in Abb. 97 die Ergebnisse von bei 100° durchgefiihrten Hartekriechversuchen gezeigt werden. In Vergleich zu Bn-Metall und den MGS-Legierungen wurden WM 80 Fund eine Legierung der Gattung Lg PbSn 10 gesetzt. Es zeigt sich, daB selbst bei langzeitiger Vorerwarmung die MGS-Legierung unter den Vergleichswerkstoffen die bessere ist.

d) Cbemiscbe Eigenschaften. Das Zusammenwirken der verschiedensten EinfluBmomente im praktischen Betrieb erschwert die Beurteilung eines Werkstoffes, besonders hinsichtlich seines Korrosionsverhaltens auBerordentlich. Es bedingt auch, daB Laboratoriumsversuche mit ihren

S*

1 Schmid, E.: Z_ f. Metallkde. Bd. 35 (1943) S. 85/92. 2 Schulz, E.: unveroffentliehte Versuche.


spezieIlen 13edingungen nur mit Vorbehalten auf die Betriebsverhaltnisse libertragbar sind. Zur Schaffung eines Uberblicks liber die chemische Bestandigkeit der geharteten BleilagermetaIle werden daher aIle greifbaren Unterlagen liber deren Betriebs- und Laboratoriumsverhalten zusammengestellt.

Auf Grund praktischer Erfahrungen wird Noheet (1,3 % Na; 0,08 % Sn) als wenig korrosionsbestandig angesehen1 . Legierungen mit Natrium

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Erwarmuflg.rdouer in Wochen

Abb. 97. Hartekriechversuche bei 100 Co. Prfifbedingungen: 5 mm Kugeldurchmesser, 62,5 kg Belastung, 1 Std. Belastungsdauer.

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gehalten bis etwa 0,7 % und mit Kalziumzusatzen haben dagegen in der Praxis zu keinen ernsten Anstanden AnlaB gegeben. Es ist demnach anzunehmen, daB Natrium nur in Mengen, die die Loslichkeitsgrenze erheblich libersteigen, ausgesprochen schadlich wirkt. Kalzium schadigt offenbar die chemische Bestandigkeit in keiner Weise. Aus dem

Verhalten von Lurgi-MetaIl (0,4 % Ca; 2,8 % Ba; 0,3 % Na) ist zu schlieBen, daB hohe Bariumgehalte die Korrosion sehr fordern. Ebenso fanden Slawinski, Shashin und Filin2 bei Korrosionsversuchen an Legierungen mit bis 0,9 % Ca und 0,9 % Na, denen verschiedene dritte Zusatze zugefiigt wurden, daB hohere Bariumgehalte den Angriff erheblich vergroBern. Die Versuche wurden in Leitungswasser und in 013 durchgefiihrt. Die MGS-Legierungen mit einem Bariumgehalt von 0,4 % jedoch haben keine ausgepragte Korrosionsanfalligkeit. Auch hier ist also zu schlieBen, daB bei kleinen Zusatzmengen die Wirkung von Barium nicht nachteilig ist. Die Untersuchungen von Slawinski, Shashin und Filin2 hatten als weiteres Ergebnis, daB Kalium die Korrosion nicht fordert, wahrend Kadmiumzusiitze zur groBten Anfalligkeit der Legierung fiihrten. Magnesiumhaltige Legierungen werden schon nach wenigen Wochen Lagern an der Luft briichig und zerfallen schlieBlich2, 4,5. Nach Masing6 tritt bei binaren Legierungen der ZerfaIl schon bei 0,05 % Mg

1 Grant, L. E.: Metals and alloys Bd. 5 (1934) S.161/164, 191/195. - 2 Slawin8ki, N. P., A. V. Sha8hin und N. A. Filin: Metallurg. Bd. 3 (1935) S. 66/81 (russ.). Ref. M. A. lnst. Met. Bd. 2 (1935) S.576. - 3 tIber die Beschaffenheit des Oles sind keine Angaben gemacht, es wird lediglich erwahnt, daB die Gewichtsverluste durch eine Einwirkung vorhandener organischer Sauren hervorgerufen werden. -4 Kroll, W.: Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. Bd,47 (1937) S.180, 182. - 5 Goebel,J.: Z. f. Metallkde. Bd. 14 (1922) S. 357/366, 388/394, 425/432, 449/456. 6 Diskussion zu 1l1. v. Schwarz: Z. f. Metallkde. Bd. 28 (1936) S. 131/132.


ein. Eigene KOITosionsversuche (950 Wasserdampf) wurden mit Legierungen mit 0,7% Ca, 0,4 % Ba, 0,2 % Na und verschieden hohen Zusatzen an Magnesium durchgefiihrt. Bis 0,07 % Magnesium trat keine erhohte Anfalligkeit in Erscheinung. Auch beim Lagern von BlOcken aus oben genannter Legierung mit 0,05 % Mg an der Luft wurde gegeniiber Bn-Metall kein verstarkter Angriff festgestellt. Demnach ist anzunehmen, daB auch bei der Mehrstofflegierung Magnesium bis etwa 0,05 % in feste Losung geht. Dies deckt sich mit der schon bei Besprechung des Gefiiges erwahnten Beobachtung an der MGS-Legierung mit 0,7 % Ca, 0,4 % Ba, 0,6 % Na und 0,05 % Mg, nach der das Magnesium im Gefiige nicht in Erscheinung tritt.

Spezielle, den EinfluB des Oles erfassende Unterlagen sind nur wenig vorhanden. Nach Mathesius1 greifen gealterte Ole die geharteten Bleilagermetalle verhaltnismaBig stark an. Auch Jakeman und Barr berichten, daB stark saurehaltige, tierische und pflanzliche Ole, die sie versuchsweise verwendeten, bei Bn-Metall zu einem hohen VerschleiB fiihren, wahrend die Legierung sich gegeniiber MineralOlen einwandfrei verhalt. Underwood3 erwahnt, daB Satco bei hoheren Temperaturen von saurehaltigem 01 angegriffen wird. SchlieBlich wird noch von Ellis, Beck und Underwood4 darauf hingewiesen, daB die meisten geharteten Bleilagermetalle durch saurehaltige Ole angegriffen werden.

Wenn auch, wie die gegebene Ubersicht zeigt, im Laufe der Entwicklung der geharteten Bleilagermetalle die Gehalte an Zusatzen so abgestimmt wurden, daB eine ernsthafte Korrosionsgefahr nicht besteht, so ist doch zu empfehlen, die Legierungen nicht lange Zeit im Freien oder in sehr feuchten Raumen aufzubewahren, weil sich dann allmahlich eine oxydierte Rinde von einigen Mi11imetern Dicke bilden kann5 • Falls das Blockmaterial oder die Lager langere Zeit liegen sollen, werden sie zweckmaBig durch Einfetten oder Eintauchen in fliissiges Paraffin mit einem gut schiitzenden Uberzug versehen 6,7.

Wie bei allen meta11ischen Lagerwerkstoffen bringt die Verwendung von Olen geringerer Alterungsbestandigkeit und von Olen tierischer und pflanzlicher Herkunft als Schmiermittel bzw. als Schmiermittelzusatz die Gefahr verstarkter Korrosion mit sich.

1 Mathesius: Glasers Ann. Bd.92 (1923) S. 163/170. - 2 Jakeman, O. u. G. Barr: B. N. F. M. R. A. Nr. 289 A Nov. 1931 Res. Nr. 43. Ref. Engng. Bd. 133 (1932)S.200/203. - 3 Underwood, A.F.: S.A.E.J.Bd.43 (1938) S.385/392.-4 Ellis, O. W., P. A. Beck u. A. F. Underwood: Metals Handbook, The american Soc. for Metals, Cleveland Ohio, 1948 S. 745/754. - 5 Holtmeyer: Org. Fortschr. Eisenbahnwes. Bd.92 (1937) S.349/358. - 6 Garbers: Org.Fortschr. Eisenbahnwes. Bd.91 (1936) S. 293/312. - 7 Brasch, W.: Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. Bd.46 (1936) S. 452,454,456,458.

llS R. Weber: Gehartete Bleilagermetalle.

4. Metallurgisches Verhalten.

a) Herstellung der Legierungen. Die Legierungen nehmen hinsichtlich ihrer Herstellung eine Sonderstellung ein, da die Einfiihrung der Zusatze, wenigstens teilweise nicht nach einer der iiblichen legierungstechnischen Methoden erfolgt. Es gibt vielmehr eine Reihe von Verfahren, um die Erdalkali- und Alkalimetalle durch chemische Umsetzung einer ihrer Verbindungen enthaItenden, geschmolzenen Schlacke mit Blei oder durch Elektrolyse geschmolzener Salzgemische iiber einer Bleikathode einzulegieren. Insbesondere erfolgt die Einfiihrung des Kalziums zweckmaBig auf diese Weise, da das Einlegieren metaIlischen Kalziums in Blei infolge seines hohen Schmelzpunktes mit Ausbrandverlusten von mindestens 20 % verbunden zu sein pflegt. Die Alkalimetalle werden teilweise metallisch einlegiert, wobei jedoch auch einige Kunstgriffe zu beachten sind, um Verluste zu vermeiden. Die geharteten Bleilagermetalle werden daher hauptsachlich von mit zweckmaBigen Verfahren vertrauten Hiitten bezogen.

b) Erstarrungsintervall. Die Schmelzintervalle sind bei diesen Legierungen durchweg h6her als bei den Zinn- und den Blei-Antimonlagermetallen. Da die Menge der Zusatze nur gering ist, sind auch in den Legierungen mit drei und mehr Zusatzen die Grenzen der Schmelzintervalle im wesentlichen durch den h6chsten oberen und den niedrigsten unteren Schmelzpunkt in den entsprechenden binaren piagrammen be-

Zahlentafe17. Schmelzintervalle.

Legierung

stimmt 1. Zah- Bn-Metall ...... . lentafel 7 gibt Sateo .......... . die Schmelz- Kalzium-Babbitt ..

Schmelzintervall ·c

304-425 295-420 304-460

Empfohlene GieBtemperatur 'c

500-550 565

intervalle und MGS-Legierungen . 293- 425 500- 600 die empfohlenen GieBtemperaturen fiir einige gehartete Bleilagermetalle wieder. Ve,rwiesen sei auch auf die Angaben von Slawinski, Shashin und Filin2 iiber die von ihnen untersuchtenLegierungen mit 0,2-0,9 % Ca,0,4-1,9 % Na und verschiedenen dritten Zusatzen.

Die GieBtemperaturen, die je nach Lagerabmessungen und den sonstigen Kokillen- und FormverhaItnissen gewahlt werden miissen, liegen demnach tiber denen der Zinn- und der Blei-Antimon-Lagermetalle.

1 Fiir Blei-Kalzium-Natrium bestatigt dies z. B. B. N. W. Ageew: Met. Ind. Lond. Bd. 50 (1937) S. 4/6. - 2 Slawinski, N. P., A. V. Shashin u. N. A. Filin: Metallurg. Bd.3 -(1935) S. 66/81 (russ.). Ref. M. A. Inst. Met. Bd. 2 (1935) S.576.

M etallurgisches Verhalten. 119

Entsprechend haher muB auch die Schmelzleistung der verwendeten Ofen sein.

e) Sehmelzbehandlung. Es wird verschiedentlich darauf hingewiesen, daB die Ausorandfestigkeit der geharteten Bleilagermetalle gering ist, auch werden MaBnahmen vorgeschlagen, die den ~ SO Ausbrand eindammen 1-5. I r--+---J'o..

~,

Umschmelzversuche 6 und ~ Z5F::::;";;f=iCiF;:t~~~~~:::t:;j zwei Arten von Abstehver- ~ suchen 7 wurden zur laborato- ~ ZOI--+--+--E~~-+~~-",""",~...q riumsmaBigen Feststellung des Ausbrandes herangezogen9 • Die Ergebnisse sind in den Abb. 98, 99 und 100 wiedergegeben. Aus ihnen geht deutlich hervor, daB Abb.98. Umschmelzversuche.

der Ausbrand hauptsachlich bei der Legierung MGS 7420 wesentlich zurtickgegangen ist. Da, wie neuere Versuche gezeigt haben, die lithiumfreie MGS-Legierung mit hohem Na-Gehalt selbst bei Temperaturen von 650 0 den gleichen geringen Ausbrand hat, ist anzunehmen, daB das Fehlen von Lithium den Ausbrand stark herabsetzt. Magnesium in den in der Legierung enthaltenen Grenzen wirkt sich nicht schadlich auf den Ausbrand aus. Die im Laboratorium erhaltenen Ergebnisse haben ihre Bestatigung in der Praxis gefunden.

Der Kriitzeanfall betragt bei Verarbeitung einwandfreien Materials bei Bn-Metall und den MGS-Legierungen etwa 2 bis 4 %. Er liegt schon beim nochmaligen Umschmelzen nicht mehr tiber 2 %. Dies entspricht

1 Schulze, E. und Vogt: Verkehrstechnik Bd. 3 (1922) S. 577/580,585/589. -2 Czochralski, J.: Z. f. Metallkde. Bd. 12 (1920) S. 371/403. - Czochralski, J. u. G. Welter: Lagermetalle und ihre technologische Bewertung. Berlin: Springer 1924. - 3 Muller, H.: Z. VDI Bd. 72 (1928) S. 879/884. - 4 Mathesius: Glasers Ann. Bd. 92 (1923) S.163/170. - 5 Slawinski, N. P., A. V. Shashin u. N. A. Filin: Metallurg. Bd. 3 (1935) S.66/81 (russ.). Ref. M. A. lnst. Met. Bd. 2 (1935) S.576. -6 Nachdem das Metall in etwa 10 Min. im Gasofen auf die Versuchstemperatur gebracht war, wurde der Hauptteil in eine Plattenkokille vergossen. Fiir die Ermittlung der Harte wurden zwei kleine, zylindrische GuBproben hergestellt. Die Platten wurden nach Erkalten neu eingesetzt und die Versuche wiederholt. -7 In einem Fall wurden in Abstanden von 75 Min. Harteproben und Proben fiir die spektrochemische Untersuchung 8 vergossen und der hierdurch eingetretene Gewichtsverlust der Schmelze von 1,3 kg durch Hinzubringen von Neumetall ausgeglichen. - 1m zweiten Fall wurden je 1 kg der zu untersuchenden Legierungen in Eisentiegeln gemeinsam in einem Bleibad auf 6400 gehalten (Schmelzoberflache je 28,3 cm2 ). Nach verschiedenen Zeiten wurde jeweils die Oxydation durch Wagen in erkaltetem Zustand bestimmt. - 8 W olbank, F.: Z. f. Metallkde. Bd. 35 (1943) S.96. - 9 Schmid, E.: Z. f. Metallkde. Bd.35 (1943) S.85/92.


Beobachtungen von Hofmann und Mahlichl an Bleischmelzen. Sie stellten fest, daB die Neigung von Blei und seinen Legierungen zur Ober-flachenoxydation beim Abstehen bei 400-500° unter Luftatmosphare

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A bb. 99. Abstehversuche mit spektrochemischcr Kontrolle der Zusammensetzung.

geringer wird. Dieser Vorgang wurde von ihnen kurz "Verzogerung" genannt. Die Erscheinung der Verzogerung wird von den Verfassern so gedeutet, daB Sauerstoff im Blei aufgenommen wird, der eventuell noch durch Oxydationeinen die Kratzebildung fOrdernden Katalysator unschadlich macht.

Durch geringe Mengen von Beimengungen ist es moglich, die Verkriitzung wesentlich hera bzusetzen. Ein solcher Zusatz ist bei Bn-Meta1l2,3 und den MGSLegierungen das Aluminium. Rei der Herstellung der genannten Legierungen

'15678910 Absfellzeif in Slunden

wird daher Aluminium in einer solchen Menge als Zusatz vorgesehen, daB in der fertigen Legierung etwa 0,02 % enthalten sind. Durch das Aluminium bilden sich festhaftende Oxydschichten, die das Metall von der Luft trennen (vgl. z. B. fUr neuere Untersuchungen an Blei und verschiedenen Bleilegierungen 4,5,) so daB eine verstarkte Oxydation der Schmelze verhindert wird. Abb.lOO. Abstehversuche mit Feststellung

der Oxydation durch Wagung.

1 Hofmann, W. u. K. H. Mahlich: Werkstoffe und Korrosion Bd.2 (1951) 8.55/68. - 2 Kirsebom, G. N.: Metal. Ind. London Bd. 47 (1935) 8.165. - 3 Grant, L. E.: Metals and Alloys Bd.5 (1934) S. 161/164, 191/195. - 4 Hofmann, W. u. K. H. Mahlich: Werkstoffe und Korrosion Bd.2 (1951) S.55/68. - 5 Gruhl, W.: Diss. Clausthal (1947) und Z. f. Metallkde. Bd.40. (1949) S. 225.

Metallurgisches Verhalten. 121

Die Kratzebildung kann bei Bn-Metall und den MGS-Legierungen jedoch durch eine starke Korrosionsrinde am Blockmaterial1 (VerhaItnis des Rindenvolumens zum gesunden Kernvolumen groBer 1: 3) erhoht werden. Es ist weiterhin zu beachten, daB manche Metalle, wie Antimon und Tellur, zu erheblichen Verlusten an hartenden Zusatzen fUhren, weil sie mit ihnen hochschmelzende Verbindungen bilden. Die Wirkung solcher Verunreinigungen in kleinsten Mengen auf die Verkratzung ist schadlicher, als zu starke Korrosionsrinde am Blockmaterial. Verunreinigungen mit antimonhaItigen Zinn- und Bleilagermetallen sind daher sorgfaItig zu vermeiden.

Die fur alle Zinn- und alle Bleilagermetalle geltenden Schmelzvorschriften durfen auch fUr die geharteten Bleilagermetalle nicht auBer acht gelassen werden. Das heiBt, die verwendeten Schmelzofen sollen eine schnelle Erhitzung ermoglichen. Die Tiegel sollen tief sein, urn die freie Schmelzoberflache auf ein MindestmaB herabzusetzen. Nach Moglichkeit solI nicht mehr Metall eingeschmolzen werden, als zur baldigen Verarbeitung vorgesehen ist. Um die Schmelzoberflache zu verringern, bzw. die Blockoberflache beim Erhitzen nur kurz der Atmosphare auszusetzen, ist das Einschmelzen einer kleineren Metallmenge zu einem Metallsumpf zweckmaBig, in den das restliche Material eingesteckt wird.2 SchlieBlich sei daran erinnert, daB das Erschmelzen der Legierungen nicht bei Temperaturen unterhalb des Liquiduspunktes erfolgen darf. In diesem Fall beginnen die hochstschmelzenden Verbindungen (ffir die geharteten Bleilagermetalle CaPba) bereits zu erstarren und werden damit zum Teil als Kratze abgeschopft. Ebenso ist eine langzeitige Uberhitzung der Schmelze zu vermeiden.

d) Altmaterial. Das MaB der Verwendung von Altmaterial (Angusse, Steiger bzw. verlorene Kopfe, aus Stutzschalen ausgeschmolzenes Material) ist eng mit der Ausbrandfestigkeit der betreffenden Legierung verknupft. 1m allgemeinen geIten fur die geharteten Bleilagermetalle die gleichen Grundsatze wie ffir die Zinn- und Blei-Antimonlagermetalle. Ffir AItmaterial in groBeren Stucken ist zur Sicherheit eine Begrenzung der Zusatzmenge mit etwa 30 % zweckmaBig. Kleinstuckiges AItmaterial, vor allem Spane, darf dagegen nicht verwendet werden, da es seine hartendenBestandteile entweder durch Oxydation bei zu langemLagern oder durch Ausbrand beim Schmelzen verliert. Ausgeschmolzenes Material

1 Durch Analyse der Rinde und Hartemessungen an umgeschmolzenem Rindenmaterial wurde festgestellt, daB 60- 80% der Hartner in der Rinde in metallischer Form vorliegen. Es ist daher anzunehmen, daB am gesunden Material die Korrosion an den Korngrenzen entlang fortschreitet und den gesunden Kristalliten evtl. noch durch Diffusion ein bestimmter Prozentsatz an Hartnern entzogen wird.

20zochralski, J.: Z. f. Metallkde. Bd. 12 (1920) S. 371/403. - Ozochralski, J. u. G. Welter: Lagermetalle und ihre technologische Bewertung. Berlin: Springer 1924.


kann dann wieder eingesetzt werden, wenn beim Entfernen aus der Stiitzschale die notige Sorgfalt angewendet wurde. Grundsatzlich muB das wieder zugesetzte Altmaterial von jeglichen Verunreinigungen frei sein und in der Zusammensetzung noch einigermaBen der Originallegierung entsprechen. Alles fragliche Altmaterial kann wieder der Hiitte zur Umarbeitung zugefiihrt werden l •

e) GieSen. Dem derzeitigen Hauptanwendungsgebiet der geharteten Bleilagermetalle entsprechend handelt es sich im allgemeinen urn die Herstellung von verhaltnismaBig groBen Massiv- oder Verbundlagern.

Bei der Herstellung im Kokillenguj3 gelten die allgemein fUr Bleilagermetalle bekannten Richtlinien: Die Schmelze soIl, nachdem die Kratze abgezogen ist, in ruhigem Strahl ausflieBen. AngieBen des Kerns ist wegen der Gefahr ortlicher "Cberhitzung zu vermeiden. Steigender GuB ist, soweit wirtschaftlich tragbar, dem fallenden vorzuziehen. Die Abkiihlung des Gusses nach dem Erstarren solI nicht zu schnell erfolgen, damit sich auftretende Warmespannungen ausgleichen konnen; andererseits ist es bei groBen Lagern zweckmaBig, die Form nach dem GuB nicht allzu lange geschlossen zu halten, urn, besonders bei Verwendung von Sandkernen, die Abkiihlungszeit nicht auf ein zu langesMaB auszudehnen. Die Kerntemperatur ist mit Riicksicht auf die einwandfreie Beschaffenheit des Gusses in der Nahe der Laufflache niedriger anzusetzen, als die Kokillen- bzw. Schalentemperatur. - Fiir die geharteten Bleilagermetalle sind Kerntemperaturen zwischen 90-120° je nach GuBstiick zu verwenden. Die Kokillen- bzw. Schalentemperaturen miissen entsprechend dem hoheren Schmelzpunkt hoher gewahlt werden als bei Zinn- und Blei-Antimonlagermetallen (etwa 200-300°, je nach GroBe des GuBstiickes). Es sei noch darauf hingewiesen, daB bei geharteten Bleilagermetallen das FormfUllungsvermogen mehr durch Steigerung der Kokillentemperatur als durch Erhohung der GieBtemperatur verbessert werden kann2,3. Das ausgezeichnete Einlaufverhalten der geharteten Bleilagermetalle gestattet ihre Verwendung als FahrzeugAchslager ohne besondere Bearbeitung der Gleitflachen. Bei der Herstellung von Lagern fUr solche Zwecke wird daher das GenauguBverfahren4 angewendet, bei dem auf genaues Einpassen der Stiitzschale in die Kokille und gute Bearbeitung des Kerns zu achten ist.

Schleuderguj3herstellung ist wie bei den Blei-Antimonlagermetallen moglich. Wie bei diesen miissen zur Vermeidung einer starken Entmischung der primaren bzw. sekundaren Kristallart Schleuderdrehzahl und Abkiihlungsbedingungen fUr jede Lagerabmessung abgestimmt werden.

1 Haas, Ph.: Glasers Ann. Bd. 116 (1935) S. 77/85,87/92. - 2 Frhr. v. Goler: GieBerei Bd. 25 (1938) S. 242/247. - 3 Slawinski, N. P., A. V. Shashinu.N.A.Filin: Metallurg. Bd. 3 (1935) S. 66/81 (russ.). Ref. M. A. Inst. Met. Bd.2 (1935) S. 576.-4 Garbers: Org. Fortschr. Eisenbahnwes. Bd.91 (1936) S.293/312.

Laufverhalten. 123

Bei Verwendung der geharteten Bleilagermetalle im VerhundgujJ erfolgt die Befestignng, wie es fiir den hauptsachlichen Anwendungszweck als Achslagerwerkstoff geniigt, meist durch Schwalbenschwanznutenl - 3 •

Auch an der Schale befestigte Skelette aus durchlochtem Eisenblech3• 4

oder Messingdraht 2 werden als mechanische Verklammerung erwahnt. Die geharteten Bleilagermetalle k6nnen aber auch in diinnen Ausgiissen vergossen und durch L6ten an der Stiitzschale befestigt werden5. Bei Verwendung eines Zinn-Blei-Lotes, der fUr das Ein16ten von BleiAntimonlagermetallen geeigneten Zusammensetzung, werden nach iiblicher Vorbereitung und Reinigung der Lagerschale sehr gute Haftfestigkeiten erzielt.

5. Laufverhalten.

Aus den verschiedenen Ver6ffentlichungen iiber die Gleiteigenschaften von geharteten Bleilagermetallen und aus eigenen Versuchen mit neueren Le-gierungen dieser Gruppe geht hervor, daB es immer dieselben Eigenschaften sind, in denen sich diese Legierungen von anderen Lagerwerkstoffen unterscheiden. Dementsprechend wird auchindiesemAbschnitt gr6Btenteils die Gruppe der geharteten Bleilagermetalle als

250,--,--,--~~~--,---,--,--,---,--,--,--, °C 225~-+--4---~-+~~--~-+--4---~-+--~--1

200

~ 175 ~ ~~O~-+--~--~~--~--~-T~~--~-+~~·

~'25~--++-+ ~ ~100 --

'" '" 75

50

25

o 2.5 J 3,5 5 5,5 Laufzeif

8h

Abb. 101. Einlanfkurven von Eisenbahn·Achslagern mit Lurgi-MetaU bei verschie(iener Achsschenkelbearbeitung. (Nach Schulze.)

Ganzes den anderen Lagermetallen gegeniibergestellt.

a) Gleiteigenschaften im Laboratoriumsversuch. (X) Einlaufverhalten. Das ausgezeichnete Einlaufverhalten der geharteten Bleilagermetalle geht aus Abb. 101 hervor6. Die obere Kurve zeigt, daB das Lager, obwohl es infolge schlechter Bearbeitung des Achsenschenkels schon eine

1 Muller, H.: Glasers Ann. Sonderheft 1927 S.279/291. 2 Muller, H.: Z. VDI Bd.72 (1928) S.879/884. 3 Cwchralski, J.: Z. f. Metallkde. Bd.12 (1920) S. 371/403. - Czochral8ki, J.

u. G . Welter: Lagermetalle und ihre technologische Bewertung. Berlin: Springer 1924. • Kuhnel, R.: GieBerei Bd. 15 (1928) S.441/446. 5 BraBch, W.: Techn. Zbl.prakt.Metalibearb. Bd.46 (1936) S. 452,454,456,458. 6 Schulze, E.: Eisenbahnwesen Berlin 1925 S. 168/187.


Temperaturvon 250 0 erreicht hatte, sich voIlkommen wiedererholt. Sowohl Zinn- als auch Blei-AntimonlagermetaIle, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben, batten zu HeiBlaufern gefiihrt. Abb. 102 gibt das Ergebnis eigener Versuche mit Bn-MetaIl und der MGS-Legierung wieder1. Die aus Kurven mehrerer je Legierung gepriifter Lager eingezeichneten

1ltJ2 Bereiche decken sich weit

lJ- 1/,+; o/lem) 7tJO

- MaS /fJn-Met(J// I

-f-tr- .-1. --

gehend. Aus unter den gleichen Bedingungen

durchgefiihrten Vergleichsversuchen mit WM 80 F,

den Bleilagermetallen:

200 250 JOOkg/crn.2J5b Lg PbSn 10, Lg PbSn 6, '00 150 spez.8e/(Jslung Lg . PbSb und einigen

Abb. 102. Einlaufverhalten von Bn·Metall und der MGS·Legierung.

geharteten Bleilagermetallen geht hervor, daB die geharteten Bleilagermetalle

sich im Einlaufverhalten etwas unterscheiden, daB sie aber aIle mit zu den besten der untersuchten Werkstoffe zahlen2• Das Kalzium-Babbitt wird nach Versuchen auf dem Rollwerkals etwas schlechter als Bn-MetaIl im Einlaufverhalten bezeichnet3• Eine GegeniibersteIlung der WeiBmetalle und der geharteten BleilagermetaIle mit Werkstoffen auf Kupfer-, Aluminium- und Zinkbasis zeigt, daB die WeiBmetalle und noch mehr die geharteten Bleilagermetalle im Einlaufverhalten an der Spitze stehen4•

Die gute Einlauffahigkeit bedingt, daB mit geharteten Bleilagermetallen ausgegossene Schalen bei Wagen der Bundesbahn ohne nachtragliche Bearbeitung mit der GuBhaut eingebaut und nach dem Einbau sofort unter Vollast in Betrieb genommen werden k6nnen. Gelegentlich wird sogar erwahnt, daB der Einlauf auf der GuBhaut noch besser erfolgt als auf einer abgedrehten Oberflache 5 , 6. Auf das ausgezeichnete Einlaufverhalten ist auch zuriickzufiihren, daB die Lager mit einheitlichem Durchmesser auf Vorrat ausgegossen und bei Bedarf auf Achsschenkeln mit Durchmessern von 115 bis 108 mm (Spiel etwa 40 bzw. 100%0) unter Last angefahren werden k6nnen.

1 Gleichlastbeanspruchung. Lagerdurchmesser 40 mm; lid = 0,5, Spiel 1,25 0/00_ Halblager. Ringschmierung. Shell-Ol BF3 (Viskositat bei 50 0 C 14,5 EO). 01-temperatur 70°. Gleitgeschwindigkeit 0,1 m/sec. Wellenmaterial St 50.11 mit ungeharteter Laufflache. Belastungssteigerung in gleichen Stufen und gleichen Zeiten bis zum Versagen. Kennzeichnung des Einlaufverhaltens durch Reibungszahl und erreichte Endlast. - 2 Schmid, E. u. R. Weber: Z. VDI Bd.86 (1942) S. 208/210. - Vergl. auch Elektrotechnik und Maschinenbau Bd. 61 (1943) S. 253/254. - 3 Schneider, V.: Arch. f. Metallkde. Bd. 1 (1947) S.431/433. -4 Weber, R.: Metallwirtsch. Bd.21 (1942) S.555/563. - 5 Wolff, R.: Eisenbahnwerk 1925 S. 211/215, 235/240. - 6 Miiller, H.: Glasers Ann. Sonderheft 1927 S. 279/291.

Laufverhalten. 125

{3) Notlaufverhalten. Unter Notlaufverhalten ist i. allg. der Betriebszustand zu bezeichnen, bei dem Storungen in der Schmiermittelforderung zur Gleitflache oder sonstige Storungen durch Wasserzutritt oder Verunreinigungen im Ol auftreten. Der Lagerwerkstoff solI dabei moglichst lange im Lager bleiben, andererseits aber auch die Wellenlaufflache nicht zerstoren. Karelitz und Ellis! haben bei Auslaufversuchen nach Ab-

stellen der Schmierung gezeigt, daB Sat co den Zinnlagermetallen imNotlauf iiberlegen ist. Einer Arbeit vonJ akeman und

o 30 80 80 100 130 1'10 180 180 300 330 3'10' Temperofur

Abb. 103. Laufverhalten~von Bn-Metall und einem ZinnweiBmetall bel Aufheizung des Oles (n. Jakeman und Barr).

Barr 2 sind die in Abb. 103 dargestellten Ergebnisse entnommen. Bei diesen Versuchen wurde das Ol allmahlich aufgeheizt. Das ZinnweiBmetall, das 3,1 % Pb enthalt, hat zwar bis 1700 erheblich niedrigere Reibung, versagt aber beim Schmelzpunkt des Blei-Zinn-Eutektikums, wahrend das Bn-Metall noch bis 220 0 lauft. Zur Erklarung der guten Notlaufeigenschaften kann die Beobachtung beitragen, daB bei dem ZinnweiBmetall beim HeiBlauf die Temperatursteigerung bis zum Schmelzpunkt geht und zum Ausschmelzen des Ausgusses fiihrt, wahrend bei den geharteten Bleilagermetallen die Temperatur etwa 30 bis 500 unter dem Schmelzpunkt bleibt. Dabei wird der AusguB allmahlich herausgedriickP.3. Es wurde auch festgestellt, daB man beginnende HeiBlaufer an der Entwicklung von Oldampfen noch vor vollstandigem Versagen des Lagers erkennen und bekampfen kann, wahrend bei ZinnweiBmetallagern das Ol erst zu dampfen beginnt, wenn· nichts mehr zu retten ist 4- 6• Versuche mit Bn-Metall und der MGS Legierung 7422 unter den gleichen Bedingungen, wie Seite 124, FuB-

1 Karelitz, G. B. u. O. W. Ellis: Trans. Amer. Soc. mech. Engrs. Bd.52 (1930) S.87-99. Auszug: Met. Ind. Lond. Bd. 36 (1930) S. 197/201.

2 Jakeman, C. u. G. Barr: B. N. F. M. R. A. Nr. 289 A Nov. 1931 Res. Nr.43. Ref. Engng. Bd. 133 (1932) S.200/203. - 3 Wolff, R.: Eisenbahnwerk 1925 S. 211/215, 235/240. - 4 Lindermayer: Das deutsche Eisenbahnwerk der Gegenwart, Berlin 1923 Bd. 1 S. 278/288. - 5 Mathesius: Glasers Ann. Bd.92 (1923) S.163/170. - 6 Kindler, E.: Verkehrstechnik Bd. 4 (1923) S. 161/163.


note I beschrieben, undauch solche bei 6 m/sec Gleitgeschwindigkeit ohne zusatzliche Erhitzung des Oles durchgefuhrt, haben gezeigt, daB das benutzte ungehartete Wellenmaterial beim Versagen der Lager und beim Lauf im Gebiet der Misch- und Grenzreibung nicht angegriffen wird1•

Die Empfindlichkeit der geharteten Bleilagermetalle gegen auftretende Storungen war geringer, als die der Blei-Antimonlegierungen. Besonders hervorzuheben ist, daB trotz der hochsten erreichten Endlast die Verquetschung der Laufflache in maBigen Grenzen blieb. Auch diese Ergebnisse lassen' auf ein gutes Notlaufverhalten der geharteten Bleilagermetalle schlieBen.

y) Verhalten bei mafJiger Beanspruchung. Belastbarkeit. In der alteren Literatur finden sich vorwiegend Versuche bei relativ niedrigen Belastungen und Gleitgeschwindigkeiten. Unter diesen Verhaltnissen bestehen verstandlicherweise zwischen den geharteten Bleilagermetallen, den ZinnweiBmetallen und den Blei-Antimonlagermetallen keine groBen Unterschiede 2- 10•

Absolute Angaben uber die Grenzen der Beanspruchbarkeit eines Lagerwerkstoffes konnen wegen der Beeinflussung dieser Grenzen durch die Betriebsbedingungen und wegen der schwierigen Ermittlung nicht gemacht werden. Aus den in 5, 6, 8, 11

veroffentlichten Ergebnissen sind etwa die in Abb.104 schematisch dargestellten Begrenzungen der Bereiche zu erwarten.

b) Versehleill. Uber das gegenseitige Verhaltnis der VerschleiBwerte fur verschiedene Typen geharteter

Abb. 104. Schematische Darstellung

der Belastbarkeit verschiedener

Lagermetalle.

WM80 8flhnmeloll

8eloslung

Bleilagermetalle ist bisher nichts veroffentlicht worden. Es liegt dies wohl daran, daB VerschleiBversuche nur fur bestimm te Beanspruchungsbedingungen eine Aussage erlauben und hauptsachlich wohl an dem

1 Schmid, E. u. R. Weber: Z. VDI Bd. 86 (1942) S. 208/210. Vergl. auch Elektrotechnik u. Maschinenbau Bd. 61 (1943) S. 253/254.

Z McKee, S.A. u. T.R.McKee: Trans. Amer. Soc. mech. Engrs. Bd.59 (1938) S.721/724. - 3 Burgess, G. K. u. R. W. Woodward: Chern. metal. Engng. Bd. 19 (1918) S. 660, 661. - 4 Frary, F. C. u. S. N. Temple: Chern. metall. Engng. Bd. 19 (1918) S. 523/524. - 5 Jakeman, C. u. G. Barr: B. N. F. M. R. A. Nr.289 ANov.1931 Res. Nr.43, Ref. Engng. Bd.133 (1932) S.200/203. - • Czochralski, J.: Z. f. Metallkde. Bd. 12 (1920) S. 371/403. - Czochralski, J. u. G. Welter: Lagermetalle und ihre technologische Bewertung. Berlin: Springer 1924. - 7 Schulze, E.: EisenbahnwesenBerlin 1925 S.168/187. - 8 Graebing, A.: Braunkohle Bd. 34 (1935) S.729/735, 748/752. - 9 Graebing, A.: Braunkohle Bd. 35 (1936) S.613/618. -10 Brasch, W.: Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. Bd. 46 (1936) S. 452, 454, 456, 458. - 11 Armbruster, M.: Dtsch. Mot.-Z. Bd.6 (1929) S. 504,506.

Laufverhalten. 127

Umstand, daB die Hersteller der einzelnen Legierungen mehr ein Interesse daran hatten, ihren Werkstoff mit den iibrigen WeiBmetalIen zu vergleichen.

ZahlentafeI 8 bringt derartige im Schrifttum und aus eigenen Versuchen bekannte VerschleiBmessungen. In einer Diskussion der am Ende

Zahlentafel 8. Verschleifj von gehiirteten Bleilagermetallen im Vergleich zu anderen Lagerlegierungen.

Zinn- Blei-VerschleiLl lager- Antimon-

Priifmethode gemessen Bn-Satco

Frary- metall lager-mit metall

in Met,all metall 80-94°/0 0-20°10

Sn Sn

Lagerpriifmaschine 11O-3 mm mitOlschmierung 1 50-55 20-35

TrockenverschleiB auf Polierrot- 3,3 1,6 papier 2 mm 4,1 -4,2 - 2,2 3,3

Spindelmaschine mit 0lschmierung3 1O-3mm 15 6 5

Amslermaschine 1,3 unter 01 4 g 1,45 0,4 -2,1

Betriebsmessungen 1 0,57 I an D-Zug-Wagen 5 mm 0,51 0,61

Bronze

2-5

0,75

der ZahlentafeI 8 gebrachten Messungen von Welter und von Kunze teilt Ietzterer mit6, daB seine Laboratoriumsmessungen durch die Ergebnisse von Betriebsversuchen an D-Zug-Wagen nach 60000 km Lauf bestiitigt wurden.

Ferner finden sich im Schrifttum foIgende Angaben: Rei Laufversuchen beobachteten Jakeman und Barr7 an Bn-Metall und McKeeS an Frary-Metall einen hohen Abrieb im Vergleich zu Zinn- und BleiAntimonlagermetallen. Auch Ackermann9 hat auf der HanffstengeI-

1 Jung-Kanig, W., E. Koch u. W. Linicus, zum Teil verOffentlicht von W. Linicus: Schriften d. Hess. Hochschulen, T.H. Darmstadt 1933 Nr.2 S. 13/19. -2 Frhr. v. Galer u. G. Bachs: Mitt. Arbeitsber. Metallges. Heft 10 (1935) S. 3/10.GieBereipraxis Bd.57 (1936) S.76/79, 121/124. - 3 Kunze: Masch.-Bau-Betrieb Ed. 10 (1931) S. 664/670. - 4 Herschman, H. K. u. J. L. Basil: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Bd.32 (1932 II) S.536/557. - 5 Welter, G.: Masch.-BauBetrieb Bd. 11 (1932) S. 146, 147 (Zuschrift zu Kunze), Mittelwerte aus Messungen an den Achslagern von 70 D-Zug-\Vagen nach halbjahriger Laufzeit.

6 Kunze: Masch.-Bau-Betrieb Bd. II (1932) S.147. 7 Jakeman, C. u. G. Barr: B. N. F. M. R. A. Nr. 289 A Nov. 1931. Res. Nr.43.

Ref. Engng. Bd. 133 (1932) S.200/203. 8 McKee, B.A. u. T. R.McKee: Trans. Amer. Soc. mech. Engrs. Bd.59 (1938)

S.721/724. - 9 Ackermann, Ch. L.: Metallwirtsch. Bd. 8 (1929) S. 701/702.


maschine an einer Bleilegierullg mit 2,5 % Mg und 2,5 % Zn eine um etwa 20 % hohere Abnutzung als bei WM 5 gemessen. Nach einer uns im Original nicht zuganglichen Arbeit von Pichugin1liegt Satco im VerschleiB zwischen verschiedenen Blei-Antimonlagermetallen mit kleinen Sonderzusatzen und erheblich hoher als ein Zinnlagermetall.

Herschman und Basil2 haben auBer den in Zahlentafel 8 aufgenommenen Laboratoriumsmessungen auch Prufungen in Benzinmotoren durchgefiihrt. Dabei ergaben sich die in Zahlentafel 9 angegebenen Abnutzungsverhaltnisse. Gepruft wurden jeweils 3 bis 6 Lager. Die Werte fur Frarymetall sind durch ein offensichtlich schlechtes Lager sehr in die Rohe gedruckt worden. Wenn nur die normallaufenden Lager berucksichtigt werden, so ergeben sich etwa 30 % niedrigere Werte, die fur den

Zahlentafel 9. Abnutzung verschiedener Lagermetalle in Benzinmotoren. (Nach Herschrnn,n u. Basil.)

Gewichtsverlust in g beim Nach

Legierung 170+850 Stunden:

Einlauf Dauerbetrieb Durchmesserzunahme 170 Stunden 850 Stunden inmm

Zinnlagermetall 90% Sn 1,2 1,1 0,030 Blei-Antimonlagermetall

3% Sn 2,0 1,8 0,043

Frary -Metall 4,7 2,9 0,061

VerschleiB im Dauerbetrieb und fur die Durchmesserzunahme nur wenig hoher als fur das Blei-Antimonlagermetall liegen.

Verzichtet man auf eine zahlenmaBige Festlegung fur das gegenseitige Verhaltnis der VerschleiBwerte und beschrankt man sich nur auf einen qualitativen Uberblick, so stimmen alle diese Angaben darin uberein, daB die hochzinnhaltigen Lagermetalle den geringsten VerschleiB haben und daB mit einigen Ausnahmen der VerschleiB der geharteten Bleilagermetalle groBer als der der Blei-Antimonlegierungen ist. In dies em Zusammenhang durften eigene Versuche zur Verfolgung des zeitlichen Ablaufes des VerschleiBes mit Guterwagenlagern, die mit einem geharteten Bleilagermetall mit 0,7 % Ca, 0,35 % Na und 0,04 % Li ausgegossen worden waren, interessieren3 • Dabei ergab sieh, daB ein groBer Teil des GesamtverschleiBes bereits in den ersten Stunden eintritt. Wie

1 Pichugin, J. V.: Dizelestroenie Bd. 7 (1936) S. 1l/21 (russ.). Ref. M. A. Inst. Met. Bd.3 (1936) S. 519/520. - 2 Herschman, H. K. u. J. L. Basil: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Bd 32. (1932 II) S. 536/557. - 3 Belastung 4 t. Gleitgeschwindigkeit 1,4 m/sec. Spiel etwa 40%0. Polsterschmierung. Die Schalen wurden nach verschiedenen Laufzeiten ausgebaut und die Breite des gebildeten Laufspiegels gemessen. Daraus wurde das Volumen berechnet, welches durch den VerschlieB aus dem AusguB herausgearbeitet worden war.

Laufverhalten. 129

elmge Stunden dauernde Eindruckversuche bei der gleichen Belastung und Temperatur, aber mit stillstehender Welle gezeigt haben, ist der hohe Anfangswert zu groBenordnungsmaBig 1/3 dadurch bedingt, daB der AusguB eingedriickt wird.

Bei Behandlung des VerschleiBes sei zum SchluB erwahnt, daB abgeriebene Lagermetallteilchen im 01 im Gegensatz zu anderen Verunreinigungen, wie etwa Sand, keine ernsthaften Laufstorungen hervorrufen1 .

c) Betriebs-Bewiihrung. IX) Schienengebundene Fahrzeuge. Die geharteten Bleilagermetalle sind wegen ihrer guten Einlauf- und N"otlaufeigenschaften von Anfang an vorwiegend in Schienenfahrzeugen verwendet worden. Diese Lager unterscheiden sich hinsichtlich Konstruktion und Betriebsbedingungen ganz wesentlich von fast allen im iibrigen Maschinenbau vorkommenden. Das Hauptanwendungsgebiet der geharteten Bleilagermetalle liegt auch heute noch bei Eisenbahnfahrzeugen 2-5.

In Deutschland wird Bn-Metall bei der Bundesbahn als Wagenachslager verwendet6, 7. Es handelt sich hier urn Sattellager mit groBem Einbauspiel, das dadurch bedingt ist, daB die Achsschenkeldurchmesser der im Umlauf befindlichen Wagen wegen der gelegentlichen Nachbearbeitung ein ToleranzmaB von 108-115 mm haben miissen.

Die gute Einlauffahigkeit des Bn-Metalls hat es, worauf schon hingewiesen wurde, ermoglicht, daB die Giiter- und Personenwagenachslager ohne nachtragliche Bearbeitung mit der GuBhaut auf die Achse auf~ gesetzt werden und ohne schonenden Einlauf sofort in den Betrieb gehen konnen 8-12. Geringe Formanderungsfestigkeit des Bn-Metalls und seine starke Enthartung bei erhohter Temperatur machten, auch darauf wurde schon eingegangen, neue Entwicklungsarbeiten an der Legierung erforderlich13. Die geschilderten Nachteile des Bn-Metalls bedingten, daB

1 Garbers: Org. Fortschr. Eisenbahnwes. Bd. 91 (1936) S.293/312. 2 Ellis, O. W., P. A. Beck u. A. F. Underwood: Metals Handbook, The Ame-

rican Soc. f. Metals (Cleveland, Ohio) 1948 Edition S. 745/755. 3 Clauser, H. R.: Materials and Methods Bd. 28 (1948) S. 76/86. 4 Schneider, V.: Arch. f. Metallkde. Bd. 1 (1947) S. 431/433. 5 Weber, R.: Z. f. Metallkde. Bd. 39 (1948) S. 240/247. 6 Schneider, V.: Metall Bd. 3 (1949) S. 327/330. 7 Richter, F. u. W. Hartl: Werkstatt u. Betrieb Bd. 82 (1949) S. 114/116. 8 Kunze: Masch.-Bau-Betrieb Bd. 10 (1931) S.664/670. 9 Muller, H.: Z. VDI Bd. 72 (1928) S. 879/884.

10 Schulze, E. u. Vogt: Verkehrstechnik Bd. 33 (1922) S. 577/580,585/589. 11 Linderrooyer: Das deutsche Eisenbahnwesen der Gegenwart, Berlin 1923,

Bd. 1 S.278/288. - 12 Wolff, R.: Eisenbahnwerk 1925 S. 211/215, 235/240. 13 Schneider, V.: Metall Bd. 3 (1949) S. 327/330.

9 KUhnel. Gleitlager. 2. Auf!.

130 R. lI" eber: Gehartete Bleilagermetalle.

es bei schweren Lokomotiyen, besonders in dem hochbeanspruchten Treibstangenlagern nicht ausreichte. Bei schwacher und mittelstark beanspruchten Lokomotiyen hat es sich jedoch bewiihrt 1.2.

(3) Sonstige Amt'endungsgebiete. Hier sind zunachst eine Reihe yon Maschinen zu nennen, bei denen die Lager unter verhaltnismaBig groben Bedingungen arbeiten. So wird uber gute Bewahrung geharteter Bleilagermetalle in Baumaschinen, Bergwerksmaschinen, Walzwerken, Seilbahnen, Brikettpressen usw. berichtet 3-5. Es handelt sich hier um Lager mit dicken Ausgussen.

Es finden sich aber auch Angaben uber die Anwendung yon Lagerschalen mit dunnen, eingelOteten Ausgussen in Verbrennungskraftmaschinen. So hat sich Satco fUr die Haupt- und Pleuellager yon orts-

Zahlentafel 10. Anwendungsgebiete der MGS-Legierungen (nach 1). Schienenfahrzeuge

I AChS-1 Lagera lnuessungen Geschw.

I Fahrzcugart druck d(mm) 1 (mm) v (m/s) Lagerart Bemerkungen

Dampf-Loko- Achs- Polster-motiven 20 to 190 210 -- lager schmierung

Personen- und Achs- Polsterschmie-Giiterwagen 14 to 110 185 - lager rung, harte

StaBe StraBenbahn- bis Achs- Polsterschmie-wagen 10 to 90 .. 120 150 .. 220 3 lager rung

bis Tatzen- Polsterschmie-Triebwagen 12 to 110 220 3 lager rung, stoBbe-

ansprucht

1 Richter, F. u. Jr. Hartl: Werkstatt und Betriel> Bd. 82 (1949) fl. 114/110.

festen Dieselmotoren und von Dieselmotoren fur Triebwagen und Schnellboote bewahrt 6--8. Ricardo und Pitschford 9 berichten liber gutes Verhalten im Pleuellager eines Verbrennungsmotors bei 2500 Ujmin und 240 kgjcm2 Belastung. UnderwoodlO hat in einer den Verhaltnissen im Automobilmotor angepaBten Prlifmaschine mit wechselnder Belastung ahnliche Lebensdauern fUr Satco wie fUr Zinnlagermetalle gefunden.

1 Haas: Aussprache tiber Lagermetalle im FachnormenausschuB ftir Nicht-eisenmetalle S. 22, 23 Berlin 1934.

2 Wagner, R. P. u. H. Muethen: Glasers Ann. Bd. 118 (1936) S. 31/38, 59/69. 3 Brasch, TV.: Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. Bd. 46 (1936) S. 452, 454,456,458. 4 Pontani, H. H.: Mitt. Arbeitsber. Met. Ges. Heft 12 (1936) S.24/32. 5 Schmidt, R.: Stahl u. Eisen Bd. 56 (1936) S.228/231. 6 Hack, O. H.: Metal Progr. Bd. 28 (1935) S. 61/64,72. 7 Heldt, P. M.: Automotiv. Ind. Bd. 78 (1938) S.412/422. 8 Bangert, P. H.: Z. VDI Bd. 81 (1937) S.51O/516. 9 Ricardo, H. R. u. J. H. Pitchford: S. A. E. J. Bd.41 (1937) S.405/414.

10 Underwood, A. F.: S. A. E. J. Bd.43 (1938) S. 385/392.

Zusammenfassung. 131

Auch in neueren Veroffentlichungen 1,2 wird u. a. angegeben, daB das Anwendungsgebiet geharteter Bleilagermetalle langsam laufende Dieselmotoren ist. Die bisherigen Anwendungsgebiete der MGS-Legierungen sind in Zahlentafel lO eingetragen.

Fortsetzung von Zahlentafel 10. Allgemeiner Maschinenbau.

Lagerabmessuugen Gesehw. Belastung Anwendungsgebiet

d(mm) I I (mm) v (m/s) p kg/em' Bemerkungen

Lager fiir PreE· Wasserschlage, dy. pumpen 230 280 1,5 namische Bean-

spruchung PreBlager an Papier- Verschmutzung,

maschinen 160 250 0,5 12,5 Dauerbetrieb Lager an Wasser- unter Wasser, turbine 190 160 0,55 Sandabrieb

Kammwalzenlager 485 580 3,7 100 N=lO 000 PS, Schlagbean-spruchung

Transmissionslager 70 150 .. 300 0,5 .. 3 Ringschmierung

6. Zusammenfassung.

Wenn auch in den bisher bekanntgewordenen Legierungen nicht aIle Variationsmoglichkeiten der zur Verfugung stehenden Elemente erfaBt sind, so konnen doch auf Grund des vorliegenden Unterlagenmaterials folgende fur diese Legierungsgruppe geltenden grundsatzlichen Gesichtspunkte angefuhrt werden:

Die technische Entwicklung der Legierungen verlief in der Richtung, daB die Zahl der Zusatze aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalimetalle erhoht wurde, daB dagegen die Konzentration der jeweiligen Bestandteile kleiner gewahlt wurde. Es wurde erkannt, daB im Hinblick auf die Hartung die Wirkung der einzelnen Bestandteile aufhorte, oder doch zum mindesten viel geringer wurde, wenn der Gehalt gewisse Grenzen uberschritt. In manchen Fallen ergaben sich sogar bei Uberschreitung dieser Grenzen deutliche Nachteile. So eine erhebliche Korrosionsanfalligkeit bei zu hohen Natrium-, Barium- oder auch Magnesiumzusatzen, erhohte Ausbrandneigung bei hohen Lithiumzusatzen, GieBschwierigkeiten und Sprodigkeit bei zu hohem Kalziumgehalt. Andererseits fuhrte auch die gegenseitige Beeinflussung bestimmter Zusatzelemente zur Unterdruckung des schadlichen Einflusses einer der Komponenten.

1 Ellis, O. W., P. A. Beck u. A. F. Underwood: Metals Handbook, The Amer. Soc. f. Metals (Cleveland, Ohio) Edition 1948 S. 745/755.

2 Clauser, H. R.: Materials and Methods Bd. 28 (1948) S. 76/86.


In den mechani"chen Eigenschaften zeichnen sich die geharteten Bleilagermetalle durch gutes Dauerstandyerhalten hei Raullltell1peratur und bei hohen Temperaturen und auBerdem durch hohe Warll1harte und Warmfestigkeit aus. Der bei yielen Legierungen, darunter auch bei Rn-Metall "torende EinfluB del' starken Entfestigung bei langzeitiger Einwirkung erhohter Temperatur konnte bei neuen Legierungen auf das MaB dessen yon WM 10 herabgesetzt werden, so daB dall1it ~Luch eine Gewahr fiir die Beibehaltung del' Ausgangseigenschaften del' betreffenden Legierungen bei langeI' betrieblicher Inanspruchnahme gegeben ist.

Besonders heryorzuheben sind das ausgezeichnete Einlauf- und l\otlaufverhalten del' geharteten Bleilagermetalle, die beide die Verwendung diesel' Legierungen unter rauhen Betriebsbedingungen zulieBen.

Gegeniiber MineralOlen sind die geharteten Bleilagermetalle unelllpfindlich. Rei Verwendung yon saurehaltigen, tierischen odeI' pflanzlichen Olen odeI' yon gealtertem 01 besteht, wie bei den metallischen Lagerwerkstoffen allgemein, eine Keigung zur Korrosion del' Gleitschicht.

Die bei den WeiBmetallen angewendeten GieBverfahren sind auch bei del' Verarbeitung del' geharteten Bleilagerllletalle ll1oglich, ebenso konnen hei sachgemaBem Arbeiten einwandfreie VerbundguBkorper hergestellt werden. Del' in vieleI' Reziehung sich giinstig auswirkende hohere Schmelzpunkt del' Legierungen bedingt eine hohere Of en leis tung und hohere Kokillentemperaturen, ~tls sie bei den Zinn- und Hlei-AntimonLagermetallen iiblich sind.

c. Legierungen mit Kadmium als Hauptbestandteil.

Von Dr.-Ing. R. Weber 1, Frankfurt a. M.

Mit 8 Abbildungen.

1. Einleitnng.

Schon vor mehr als 40 Jahren sind in Deutschland und in den Vereinigten Staaten Vorschlage gerracht worden, Kadmiumlegierungen fUr L!tgerzwecke zu verwenden, diese ersten Hinweise scheinen aber keine Beachtung gefunden zu haben. 1924 begann dann die Electrolytic Zinc Co. of Australasia Ltd., damals die groBte Kadmiumerzeugerin der Welt, nach neuen Anwendungsgebieten fur dieses Metall zu suchen, das bei der Zinkelektrolyse in unerwunscht groBen Mengen anfiel. Sie brachte Legierungen mit Kupfer- und Magnesiumzusiitzen heraus. 1m AnschluB daran setzten sowohl in den Vereinigten Staaten als auch in Deutschland eingehende Untersuchungen ein, die zur Entwicklung von verschiedenen Legierungstypen fuhrten. Zahlentafel 1, in der ein Teil der auf dem Kadmiumlagergebiet geschutzten Legierungen eingetragen ist, gibt einen Uberblick uber die geschilderte Entwicklung. Nach dem heutigen Stand durfen als bewiihrt gelten die Legierungen mit Nickel und die :mit Kupfer- und Silberzusatz. Kadmium-Nickel-Legierungen mit weiteren Zusiitzen werden kaum erwiihnt, obwohl es naheliegen sollte, ihre Eigenschaften durch einen mischkristallbildenden Zusatz zu verbessern. Smart2 bringt einige Hartemessungen an Kadmium-Silber-NickelLegierungen. In den Vereinigten Staaten sind nachstehend angegebene Zusammensetzungen genormt 3 :

SAE 18: mind. 98,4% Cd + 1,0 bis 1,6% Ni hiichstzulassige Beimengungen in %: 0,01 Ag; 0,20 CUi 0,02 Sn; 0,05 Pb; 0,05 bis 0,15 Zn.

SAE 180: mind. 98,25% Cd + 0,5 bis 1,0% Ag + 0,4 bis 0,75% Cu hiichstzulassige Beimengungen in %: 0,01 Sn; 0,02 Pb; 0,02 Zn.

Legierungen mit Nickel- oder Kupfer- und Silber-Gehalten haben insbesondere in den Vereinigten Staaten in verschiedenen Automobil-

1 Neubearbeitung des gemeinsam mit dem verstorbenen Herrn Dr .. lng. F. K. Frhr. v. Goler verfaBten Abschnittes der 1. Aufl. - 2 Smart, C. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Bd. 25 (1937) S. 571/608. Auszug Metal Ind., London Bd. 51 (1937) S. 61/64. - 3 Ellis, O. W., P. A. Beck u. A. F. Underwood: Metals Handbook, The American Society for Metals (Cleveland, Ohio) 1948. S.751.

1:34 R. Weher: Ll'giefUngen mit Kadmium als Hauptbestandteil.

Zahlentafel I. Entwicklung drr Kndll1iullll(1germetnlle. gezeigt (1n einer Zusammenstellung rIrr wichtigsten einschldgigen Patente.

Patentllullllncr 1 ~.\nmeldc

natull1 }'irm<l una Erfindcr Z usammrn:::!ctz lIng

DRP. 17688fi 23. 9.05 Siemens u. Halske A.C. Cd u. Zn zu gleichcn 'rei·

USA.P. 934637

E.P. 295991

eSA.p.1904175

USA.P.l!l88504

USA.P.2101759

Berlin len, Sb < 10'/0

6. 1.09 E. A. Toucedn, Kew York

8. 1>.28

30. 6.32

16. 5.:34

Electrolytic Zinc Co. of Australasia Ltd.

C. E. Swartz u. A. J. Phillips, American Smelting and Refin. Co., KewYork

TV. E. McCullough, Hohn Aluminium and Brass Co., Detroit

2. 7.;{4 C. F. Smart, General _Motors Co., USA

Cd mit 0,5- 5% Mg als hartendcr Hestandteil

Cd 95 - 97,/;:', eu :3 Mg bis 5°/,)

0,25-7% Ki; Sb und/oder Cu nicht tiber 3%

0,2- 1,5% Cu, 0,1-0,75% Mg

0,25 - 1% eu oder Ki, 0,5- 5% Ag, bis 0,25% Zn

DR!>. 667121 13. 7.35 Tr.Endresu.Frhr.v.Goler, 1,3-- 3% Cu, bis 3% Ag Metallgesellschaft

E.P. 458:~24 10. !U5

F.P. 831256 24.12. :37

USA.P.21;{6655 18.10. :37

USA.P.2141201 20. 5.36

AG., Frankfurt/M.

Electrolytic Zinc Co. of Australasia Ltd.

General .Motors Co. USA.

Shell Development Co., Julian G. Rayn

Jeno'1'ausz

1- 2% Cu, 0,01-0,15% ~Ig, 0,05- 0,5% Ag

1. 0,5- 5% Ag, 0,25- 1% Cu od. Ki od. Sb

2. 0,2- 1,5% Cu, 0,1 bis 0,75% Mg

:t 0,25-7% Ki, 0- 3% ~Ig, Cu, Sb od. Al

4. 1,5-10% Co. AlleenthaltenO,I- 1% In.

0,5-1 % Ag, 0,2.5- 0,75% Cu, 0,1-0,2% Sb (zur Verhinderung von Oelkorrosion)

0,5- 5% Ag, 0,25- 1 % eu od. Xi. Auf Laufflache d. gleiche Legierung mit SnZusatz zur Verhinderung von Olkorrosion

1 Die Lrgicrungen Hind z. T. aurh in anderf'll L~indrrn gesrhiitzt.

Aufbau. 131)

und Flugzeugmotoren erfolgreiche Anwendung gefunden 1-4. Uber den tatsachlichen Umfang der praktischen Bewahrung und Anwendung von Kadmiumlegierungen ist aber kein klares Bild zu gewinnen, dn marktwirtschaftliche Gesichtspunkte bei ihrer Verwendung eine entscheidende Holle spielen. Heicht doch die heutige Welthuttenproduktion dieses Metalls (etwa 5700 t im Jahr 1950), fUr das man anfanglich nach neuen Anwendungen :,,;uchte, nicht aus, urn neben dem notwendigen Verbrauch fur Uberzuge, als Legierungsbestandteil (Lote, Bronzen guter Leitfahigkeit usw.) und fUr Verbindungen (vor nllem Anstrichfarben) groBere Mengen fur die Lagerherstellung frei zu machen. Infolge der unsicheren Materialbeschaffung haben einzelne Automobilerzeuger die Verwendung von Kadmium fur Lagerlegierungen wieder aufgegeben 1. 5.

Fur Deutschland, dessen Produktion 1940 etwa 400 t betrug, ergab sich wegen del' ungunstigen Versorgungslage del' Zwang, diesen Legierungstyp als Lngerwerkf;toff wieder zu verlatisen.

Den Kadmiumlegierungen ist in vorliegendem Band trotzdem eine ausfUhrliche Behandlung zuteil geworden, weil sie dank ihrer Zwischenstellung zwiHchen den WeiBmetallen und den Bleibronzen fur eine Heihe von Anwendungen besonders geeignet erscheinen und somit eine fuhlbare Lucke uberbrucken6 •

2. Aufhau.

Kadmiummetall ist verhaltnismiiBig rein zu erh~Llten 7. Folgende Reinheitsgrade, bzw. Toleranzen fur Verunreinigungen sind, zum Teil nach den Angaben der Hersteller, zum Teil nach eigenen Analysen zu nennen: Cd 99,9 -99,99 air, ; Zn 0,0005 -0,005 % ; Pb 0,0063 bis 0,046 %; Cu 0,000l-0,0l3 %; Fe 0,000l-0,003 %; 8n 0,0001-0,0007 %; T1 0-0,036 %; 8b 0,0001-0,00l7 %; Bi 0-0,000l %.

Auf die Wiedergabe und Besprechung del' Zustandsdiagramme der Kadmiumlegierungen im einzelnen sei verzichtet und statt dessen auf Hansen8 und auf die kurze Ubersicht der wichtigsten Zusatze in Zahlentafel 2 hingewie8en. Die Erstarrungsintervalle der beiden z. Z. am haufigsten verwendeten Lagerlegierungstypen sind: bei Cd + 1,3.5 % Ni 319-395° C, bei Cd + 0,75 % Ag + 0,5 % Cu 314-318° C.

1 Bureau of Mines: Minerals Yearboock, Washington 1936 S.528/30; 1937, S.741/45. - 2 Anon: Iron Age Bd.138 (1936) S.67. - 3 Anon: Parkerizer, Detroit Bd. 14 (1936) Nr. 1 S. 1 u. 3. - 4 Anon: Automot. Ind. Bd. 75 (19:36) S.726; Rd. 76 (19:n) S.293; Bd.77 (1938) S.596.

5 Baum, H.: Metallwirtsch. TId. 17 (1938) S. 719/20. 6 Der Verfasser konnte fiir den vorliegenden Bericht eine Reihe unverOffent ..

lichter Versuchsergebnisse aus dem Metall .. Lahoratorium der Metall .. Gesellschaft benutzen. Er ist Frl. E. Schulz und den Herren W. Endres, W. Jung-Konig u. E. Koch fiir ihre Mitwirkung bei diesen Versuchen zu Dank verpflichtet.

7 Lamb, F. W.: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Bd. 35 (1935 II) S.71/78. S Hansen, M.: Der Aufbau der Zweistoff.Legierungen, Springer, Berlin 1936.

136 R. Weber: Legierungen mit Kadmium als Hauptbestandteil.

ZlIsat.z

Ni Cu Ag Mg Zn

Zahlentafel 2. Ge/ugeverhiiltnisse in den kadmiumreichen biniiren Legierungen.

Vislichkeit. l<JlItcktikllm bei Nii.chstlicgeutle

' /0 0/0 I ° C Kristllllart

sehr klein 0,25 I 318 Cd,Ni 0,05 - 0,1 1,2 I 314 CdaCu

4- 6 } peritcktisch, Soh melztemperatur ansteigend 7 O,5-~ 2,8 17,4 266 Zn

Die meisten del' vol'geschlagenen Lagel'metalle be~tehen aus einer verhiiltnisllliWig weichen Grundmasse, in die eine hal'tel'e Kristallart eingelagel't ist. Hei den Kadmium-Nickel-Legierungen (Abb. 105) sind es

Aub.105. Cd + 1,5% '1\i. Abb. lOG. Cd + U,i% Ag + 0,6 % CII .

. \ lib. 105 II. 106. Gefih;childer von Kaullliull.l iagermctallen . Geii.tzt wit 3 % igef alkoholisdwr Salpetcrs~i lire. 200 x .

Cd7Ni -Kl'istalle in einem Kadmium-Cd;Ni-Eutektikum. Das Eutektikulll hat eine Mikrohiirtezahl 55, die del' primihen Kristalbl't ist 2601 . Die Kadmium-Silbel'-Kupfel'-Legierung mit 0,75 % Ag und 0,5 % Cu hat einen andel'en, del' Bleibronze ahnlichen Aufba,u (Abb. 106) . Nach dem Zustandsdiagramm 2 bestehen diese Legierungen aus primaren KadmiumkristalIen in einem Kadmium-Cd 3Cu-Eutektikum, wobei alIes Silber im

1 Swartz, C. E. and A. J. Phillips: Proc. Arner. Soc. Test. Mater. Bd.33 (1933 II) S.416/429. Ref. Metallwirtsch. Bd. 13 (1934) S.469.

2 Losana, L. u. C. Goria: Chirnica e Ind. Ed.17 (1935) S.159/163. Ref. Chern. Zbl. Bd. 108 II (1937) S.2425.


Kadmium in fester Losung sein sollte. In einer ausgegliihten Legierung mit 0,5 % eu und 0,75 % Ag hat Swift! sowohl fiir den Primarkristall, als auch fiir das Eutektikum die gleiche Ritzharte von 29 gemessen (fiir eine Legierung mit 1,25 % Nickel wird in der gleichen Arbeit die Ritzhiirte des Cd7Ni-Kristalls mit 314, die der Grundmasse mit 18,6 angegeben).

3. Physikalische, mechanische nnd chemische Eigenschaften.

a) Physikalische Eigenschaften. Das spezitische Gewicht von unlegiertem Kadmium betragt 8,64 g/cm3, die spezitische Warme 0,056 cal/g. Durch die kleinen in Frage kommenden Zusatze werden beide hochstens urn wenige Prozent geandert.

Der Warmeausdehnungskoettizient, der ebenfalls von kleinen Zusatzen wenig beeinfluBt wird, wird fiir Kadmium zu 28-30 ' 10-6 angegeben. Daraus errechnet sich eine maximale Schwindung von etwa 0,9 %, die gut mit friiheren Messungen2 iibereinstimmt.

Die Warmeleittahigkeit wurde bei eigenen Versuchen fiir eine Legie-

rung mit 1,5 % eu und 1 % Mg zu 0,16 cal d bestimmt, sie ist also cmgra s 1

recht hoch. Dies steht mit der Schrifttumsangabe3 von 0,20 ca d f ·· . L . 't 3 10/ N" E' kl cm gra s ur eme egIerung ml , /0 1 In m ang.

Der Elastizitatsmodul wird fiir eine Legierung mit 1,5 % eu und 0,95 % Mg mit 5600 kg/mm2 und fiir eine Legierung mit 1,94 % eu und 0,48 % Ag mit 6500 kg/mm2 angegeben3 •

Zahlentafel 3. Zusammensetzung der untersuchten Legierungen. Zeichenerkliirung zu den Abb. 107 -110.

Legierung Gruppe Zeichen Legierung Gruppe Zeichen in den Abb. In den Abb.

Cd+Ag I • (Cd+0,5 Ag)+Cu IV + Cd+Cu II 0 (Cd+l,O Ag)+Cu I V X

Cd+Ni III 6. (Cd+2,0 Ag)+Cu VI 0

b) Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur. Systematische Untersuchungen iiber die mechanischen Eigenschaften von Kadmiumlegierungen sind im Schrifttum kaum veroffentlicht worden. Dem nachstehend gegebenen Uberblick liegen daher in erster Linie eigene Versuche zugrunde. Die untersuchten Legierungen sind in Zahlentafel 3 eingetragen. Fiir die Versuche wurde bei den binaren Legierungen die Hohe

1 Swift, L. L.: Metals Techn. Bd.5 (1938) Nr. 6, 12 S., TP. 966. 2 Gill, A. S.: Proc. Austral. I. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S. 201/27. Aus

ziige: siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81/84; Metal Ind., London Bd. 46 (1935) S. 650/52. - 3 Bollenrath, F., W. Bungardt u. E. Schmidt: Luftfahrtforschg. Bd.14 (1937) S.417/25.

9a

138 R. Weber; Legierungen mit Kadmium als Hauptbestandteil.

der Zusatzkomponente, bei den terniiren Legierungen jeweils die Hohe des Kupfergehaltes verschieden gewahlt.

Die erhaltenen Hiirtewerte sind in Abb. 107 eingetragen, ebenso die von Kadmium-}Iagnesium-Legierungen nach Occleshaw1• Fur die binaren

und terniiren Le-80r-----,------,------r-----,------,------,

kS;mnf

---- Mg nach Occ/esllaw

o f]5 ~o ~5 2,0 2,5 .1,0% 8ehaJt an Legief'lIngskomponenten, bei terniif'en Legief'lIngen lJe/Ja/f an ell.

Abb. 107. Brinellhiirte von Kadmiumiegierungen. Zeichenerkliirung s. S. 137, Zahlentafei 3.

gierungen mi t Kupfer und Silber liegen auch Messungen von Losana und Goria2 sO'wie von Smart 3 VOl', die einen grundsiitzlich iihnlichen Kurvenverlauf ergeben, abel' durchweg, und zwar auch schon fUr das reineKadmium zu

um 5 bis 10 Einheiten hoher liegenden Werten fUhren als unsere Messungen. Smart zeigt gleichzeitig, daB bei Kadmium-Kupfer-Legierungen durch Ausgluhen bei 1700 C die Hiirtewerte um etwa 10 Einheiten sinken, so daB del' oben angegebene Unterschied zum Teil auf die Prufbedingungen, zum Teil auf die GieB- und Abkuhlungsverhiiltnisse zuruckzufuhren sein mag.

Die Ergebnisse aus Zugversuchen sind aus den Abb. 108 und 109 zu entnehmen. Aus ihnen folgt, daB im allgemeinen die Erhohung del' Zusatzmenge von einem gewissen Prozentgehalt ab keine weitere Steigerung

Zahlentafel 4. Flie{3grenze bei Zugversuchen.

Legierung

Cd + 1,35% Ni 4 ••••••••••••••••••••••

Cd + 3%Ni 4 •...••...•.....•••••••••

Cd + 1,5% Cu + 0,95% Mg 5 ..•••••••••

Cd + 1,94% Cu + 0,48% Ag 5

Of kg!mm'

8,2 11,8 5,5 9,9 5,2 9,5

Bezogen auf Dehnung 0/0

0,5 0,5 0,02 0,2 0,02 0,2

1 Occleshaw, A. J.: Commonwealth Engineer Ed. 18 (1930) S. 177/79. - 2 Losana, L. u. O. Goria: Chimica e Ind. Ed. 17 (1935) S. 159/63. - Ref. Chern. Zbl. 108 II (1937) S. 2425. - 3 S'ffUlrt, O. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Ed. 25 (1937) S. 571/608. Auszug: Metal Ind., London Ed. 51 (1937) S.61/64. - 4 Swartz, O.E. and A. J. Phillips: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Ed. 33 (1933 II) S.416/29. Ref. Metaliwirtsch. Ed. 13 (1934) S. 469. - 5 Bollenrath, F., W. Bungardt u. E. Schmidt: Luftfahrtforschg. Ed. 14 (1937) S.417/25.


der Festigkeit mehr bringt. Nickel und Kupfer sind in ihrer Wirkung sehr stark. Die Ergebnisse einiger FlieBgrenzenmessungen sind aus Zahlentafel 4 zu

$.r-----,-----.-----,-----,------,----, entnehmen. Kg/rnnl

Die Versuche ,-' If[

iiber die Daue1-biegefestigkeit (vgl. Abb. 110) wurden auf der SchenckMaschine fiir umlaufende Biegung bei 4000 bis 6000 U /min durchgefiihrt. Die Werte beziehen sich auf 20 .10 6 Lastperioden. Es geniigt schon ein kleiner Zusatz eines zweiten oder dritten Metalls zurGrundlegierung, urn den GroBtwert der

Dauerfestigkeit einer Gruppe zu erzielen. Der von Phillips 1 angegebene Wert von

v

o o,s 1,0 1,S 2,0 2,s 00% 6'elitJ/I (In LegieriJflgskom,oOflefilefl, beilemiirefl LegieriJflgefi GelitJ/f (]n Cu,

@'r-----,-----,-----,------,-----,-----, %

DI IV

• o 4S 1,0 1,S 2,0 2,5 00% Gehalf (]fI LegieriJflgskom,oofienien, bei lerniiren LegieriJflget7 6'ehfll! flfl Cu

Abb. 108 u. 109. Zugversuche an Kadmiumlegierungen. ZeichenerkIarung 2,65 kg/mm2 fiir s. S.137, Zahlentafel 3.

eine Legierung mit 1,3 % Ni reiht sich gut in die von uns erhaltenen MeBergebnisse ein. Sehr hohe Werte (4,2 bis 4,6 kg/mm2) wurden von uns mit kupfer- und kupfer- + silberhaltigen Legierungen schon bei kleinen Prozentsatzen an Magnesium (0,05 bis 1 % Mg) erzielt. Erwahnt sei hier jedoch, daB sich das Eutektikum in den iibereutektischen KadmiumKupferlegierungen bei Zusatzen iiber 0,1 % Magnesium schon bei Raumtemperatur aufspaltet2 und zum Briichigwerden der Legierung fiihrt2, 3.

1 Phillips, A. J.: Machinist, London Bd. 79 (1935/36) S. 709/10 E. Ref. Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. Bd. 46 (1936) S. 530.

2 Gill, A. S.: Proc. Austral. I. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S.201/27 - Ausziige: siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81/84; Metal Ind., London Bd. 46 (1935) S. 650/52. •

3 Smart, C. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Bd. 25 (1937) S. 571/608 - Auszug: Metal Ind., London Bd. 51 (1937) S. 61/64.

9ao


Es ist zu vermuten, daB interkristalline Korrosion bei diesem Vorgang mitwirkt. Erwiihnt selen Versuche von GilZI auf ner Stanton-Mas chine

6' (Lagermetall/ kgfrmrC I Stahl - V er bund -

I

v J-buchsen werden unter Druck zwischen drei RoUen gedreht. Prufung von Ermudungsfestigkeit und

{]5 7,0 7,5 2,0 2,5 3,00/.

Bindefestigkeit des LagermetaUs). Nach 15 Millionen

Umdrehungen hatten WeiBme-

SehtJ/! an LegierIJngs/rompone!7lefl, bel !ernoren LeglerIJflgefl (lena/! (JfI Cu

Abb. 110. We~hselbicgefestigkeit von Kadmiumlegierungen. Zeichcnerkliirung s. S. 137, Zahlentafel 3.

talle Risse und zerstDrte Bindung, eine Kadmiumlegierung mit 1,5 % eu und 1 % Mg war eben-falls rissig, in der Bin- 'kg~ql<1~--'--r--r--TO--T:G""dr;;Sn""""'SbCTc::-l1TAc-9""Nc-i.r.:M9'"T~=-TnT.P""b

dung jedoch noch ein- MHr-'-..rr-+--+- 1 ::::::r "SI 1,5 3 Yl~ wandfrei, Bleibronzen 2 ~ ~ : ~ ~ o,s 1

zeigten nUT wenig Risse '10"" '1-'. feJi ". 1,S

I d ..... t'... ~.'~_" 5 Wit.e;c;:rOf c~80 10 rwr--~' -r--c--u· unzerstDrte ~in ung. !il 35IKJ .......... ' -+- 6 f!i!o~ 70 'r--rgo Dber das Dauerstand- .z '- 7 W1f5-1f(! ~et 1-3 L'ti

~- 30 ...... '_,~ M, verhalten von Kadmi um - ~ tit" "'l ' 8 IIqy,·lfef . ",¥ 3,5 9,5 0,5 0,1

lagerlegierungen geben "" 25~t'--. :" i'\.. ~ ! FlieBversuche 2 und Ku- t 6 ~'- ~ ~ ,16' I gflldruckversuche 3 einen 1 20N7 ' .............. ~ N~---

1'; ki8 .................... --...... Anhalt. Aus dies en wird ~ 151-i1""'~""":"""'-+---+---"."""'d'~"""'''''....t-~-1'>-,A+----+-........ -"'!----1

geschlossen, daB die I ~ ~~~ Kadmiumlegierungen 10 ~ ! ..................... 1 5'-~8 ;;:§;;;~

eine gunstige Mittel- Sf-'--t----l--t---t·-~-+-~~~-t_ ....... -=-_I_2 ........ I__i

stellung zwischen den : I I 1 : i 1'-7-_ -..: WeiBmetallen (Sn-Ge- 025 50 75 100 125 150 175 too tZ5 250 Z75°C

7emperafIJr halt um 80 %, bzw. Bleilagermetalle) und den Bleibronzen einnehmen.

Abb. 111. Warmh~irten einiger Kaaminmlcgierungen im Vergleich zu anderen Lagermetallen.

c) Mechanische Eigenschaften bei erhohter Temperatur. Die Warmharte-KUTven einiger Kadmiumlagermetalle sind in Abb. III in Vergleich

1 Gill, A. S.: Proc. Austral. 1. M. M. N. S. Ed. 95 (1931) S. 201/27. -- Auszuge: siehe Commonwealth Engineer Ed. 22 (193i) S. 81/8i; Metal Ind., London Ed. 46 (1935) S.650/52. -- 2 Swartz, C. E. and A. J. Phillips: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Ed. 33 (1933 II) S.416/29. - Ref. Metallwirtsch. Ed. 13 (1934) S. 469. -3 Harrison, S. T. and E. W 0:11: M'lt:111 Ind., London, Ed. 51 (1937) S.639/40.


zu denen von WeiBmetaIlen und einer Bleibronze gesetzt. In der Literatur sind Warmharlekurven mehrfach gebracht worden 1-7. Infolge der verschiedenen MeBbedingungen sind die Werte zahlenmaBig nicht untereinander vergleichbar. AIle bekannten Warmharte-Temperaturkurven stimmen darin iiberein, daB sie ahnlich steil wie die der WeiBmetalle verlaufen. Eine Abhangigkeit der Steilheit von der Zusammensetzung ist nicht festzustellen. Die Harten der Kadmiumlegierungen liegen bei Betriebstemperatur noch in der Gegend der von Bleibronze.

Warmzugversuche liegen an Kadmiumlegierungen mit 1,35 und 3,0 % Ni vorl, 3. Sie zeigen, daB die Legierungen bei 2000 enoch eine Festigkeit von 2,4 kg/mm2 haben und daB die Formanderungsfahigkeit bis fast zum Schmelzpunkt hin ansteigt.

d) Chemische Eigenschaften. Kadmiumlegierungen scheinen von heiBen, insbesondere saurehaltigen Olen starker als andere Lagermetalle angegriffen zu werden 5, 8-10, Von den Legierungszusatzen ruft Magnesium Blasenbildung hervor, wahrend die anderen iiblichen Zusatze Oberflachenatzungen bei merklichem Gewichtsverlust zeigen. Bei KadmiumKupfer-Silber- und Kadmium-Nickel-Legierungen laBt sich der Korrosionsangriff durch 01 durch Gehalte von 0,2 und mehr Prozent Indium vollkommen unterdriickenll . Da aber Indium die Giite der Bindung an Stahl beeintrachtigt, bringt man eine Indiumschicht in der Dicke, entsprechend einem spateren Gehalt des Ausgusses von 0,2 bis 0,5 % galvanisch auf das fertige Lager auf und laBt sie durch etwa halbstiindiges Gliihen bei 1700 C eindiffundieren. Untersuchungen iiber die Eindringtiefe des Indiums in eine Kadmiumlegierung mit 1,3 % Ni wurden unter Anwendung naBchemischer und spektrochemischer Analyse durchgefiihrt12. Rei L'1ufversuchen unter schweren Bedingungen und bei

1 Swartz, C. E. and A. J. Phillips: Proc. Amer. Soc. Test. M'lter. Bd. ~~ (1933 II) S. 416/29. - Ref. Metallwirtsch. Bd. 13 (1934) S. 469.

2 Denham, A. F.: Automot. Ind. Bd. 71 (1934) S. 640/42. 3 Imperial Smelting Corp. Ltd.: Technical Bull., Mai 1937. Auszug: Nickel

Bull, Bd.9 (1936) S.233/36. 4 Losana, L. u. C. Goria: Chimica e Ind. Bd. 17 (1935) S. 159/63. Ref. Chern.

Zbl. Bd. 108 II (1937) S. 2425. 5 Smart, C. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Bd. 25 (1937) S. 571/608. Auszug:

Metal Ind., London Bd. 51 (1937) S. 61/64. 6 Steudel, H.: Luftf.-Forschg. Bd. 13 (1936) S. 61-66. 7 Bollenrath, F., W. Bungardt u. E. Schmidt: Luftfahrtforschg. Bd. 14 (1937)

S. 417/25. - 8 Dayton, R. W.: Metals and Alloys Bd.9 (1938) S.211/218. -9 Heyer, H. 0.: Luftf.-Forschg. Bd. 14 (1937) S. 14/25; Autom.-techn. Z. Bd.40 (1937) S. 551/559; 589/595. - 10 Underwood, A. F.: SAE. J. Bd. 43 (1938) S. 385/392. - 11 Smart, C. F.: Metals Techn. Bd. 5 (1938) Nr.3, 13 S. T. P. 900. Auszug: Metal Ind., London Bd. 52 (1938) S.520. - 12 Smith, A. A. jr.: Trans. Amer. Inst. Min. Met. Eng. Bd. 156 (1944) S. 387 bis 390.

142 R. Weber: Legierungen mit Kadmium aIs Hauptbestandteil.

Motorversuchen geht durch Plattieren mit Indium die Korrosion durch saurehaltiges 01 urn eine GroBenordnung zurtick 1, 2.

Gegen atmospharischen und Feuchtigkeitsangriff scheinen die meisten der tiblichen Kadmiumlegierungen bestandig zu sein. Ungiinstig wirkt sich jedoch Magnesium von 0,1 % ab in reinem Kadmium und in Kadmium-Nickel-Legierungen aus3. Auch in Legierungen mit 2 % eu und 0,5 % Ag wurde ein schadlicher EinfluB des Magnesiums festgestellt. Nach 21 Tagen Dampfbad ergab sich eine Korrosionsrindenstarke von 0,1; 0,5 und 1-2 mm bei Zusatz von 0,05; 0,1 und 0,2% Mg zu oben genannter Legierung, wahrend die magnesiumfreie Legierung und eine Legierung mit 1,5 % Ni keinen Korrosionsangriff zeigten.

Der aus den genannten Eigenschaftswerten gewonnene Dberblick tiber die gepriiften Legierungen laBt den SchluB zu, daB Magnesium trotz seines sehr giinstigen Einflusses auf die mechanischen Eigenschaften wegen Erhohung der Korrosionsanfalligkeit und vielleicht wegen Rervorrufung von Alterungsvorgangen bei diesen Legierungen als Zusatz ausschied. Kupfer und Nickel unterscheiden sich in ihren Wirkungen nur wenig. Beide erhohen in gleichem MaBe den Formanderungswiderstand und die Dauerfestigkeit und setzen dementsprechend die Formanderungsfahigkeit herab. Bei den Kadmium-Kupfer-Legierungen werden meist dritte Zusatze verwendet - friiher Magnesium, heute Silber -, die im Kadmium in feste Losung gehen und somit die Grundmltsse harten. Vor aHem treten bei den ternaren Legierungen besonders hohe Werte der Wechselfestigkeit auf. Die Frage, ob nicht auch bei den KadmiumNickeHegierungen eine weitere Verbesserung durch mischkristallbildende Zusatze erreicht werden kann, ist noch ungeklart.

4. Metallurgische Eigenschaften.

ex) Oxydbildung. Oberhalb 400 0 treten auf der Oberflache geschmolzener Kadmiumlegierungen schwarze, schwammige Oxyde auf4. Zu beachten ist, daB die nach Dberhitzung einsetzende Oxydbildung bei Verringerung der Schmelztemperatur weitergeht. Rontgenographische Untersuchungen an den sich bei unlegiertem Kadmium bildenden schwarz-grauen Oxydschichten haben gezeigt, daB das hier auftretende

1 Smart, C. F.: Metals Techn. Bd.5 (1938) Nr. 3,13 S. T. P. 900. Auszug: Metal Ind., London Bd. 52 (1938) S. 520.

2 Underwood, A. F.: SAE J. Bd. 43 (1938) S. 385/92. 3 Frhr. v. Goler u. R. Weber: Jb.1937 dtsch. Luftf.-Forschg. Tell II, S.217/220. 4 Gill, A. S.: Proc. Austral. 1. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S. 201/27. Ausziige:

siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81/84; Metal Ind., London Bd. 46 (1935) S. 650/52.


Oxyd nicht CdO (braune Farbe), sondern ein bisher unbekanntes Oxyd des Kadmiums istI. Ka.dmiumoxyd greift den Zapfen nicht an2.

Sehr stark gefordert wird die Oxydation durch kleine Mengen Zinno Einer Schmelze einer Kadmium-Kupfer-Silber-Legierung wurde bei 390° C 0,2 % Sn zugesetzt. Nach zwei Minuten trat starke und andauernde Oxydbildung ein. Auch im Schrifttum wird iiber einen Fall berichtet, wo ein Hersteller von Kadmiumlagern durch Verunreinigungen seiner Schmelze mit 0,8 % Sn, 50 % Metall durch Schlackenbildung verlor2. Wie Zinn fordern Antimon und in kleinerem AusmaB Magnesium die Oxydation2. Bei Zinn bzw. Antimon bilden Sn02 bzw. Sb20 3 mit dem Kadmiumoxyd ein schw/Lmmiges Oxyd starker Porositat, durch das die Schmelze hochgesaugt wird und mit Luft in Beriihrung kommt. Auch bei Magnesium entsteht offenbar ein poroses Oxyd1.

Bei normalen Schmelztemperaturen verleiht die Zugabe von Zink in kleinen Mengen der Schmelzoberflache ein silberblankes Aussehen, sie verhindert auch das Auftreten einer dicken, schwarzen Oxydkruste. Ebenso kann die Wirkung von Zinn durch Zusatz von etwa der gleichen Menge Zink aufgehoben werden. Bei Antimongehalten sind erheblich hohere Zinkzugaben zur Vermeidung verstarkter Oxydbildung als bei Zinn notwendig1 • Neben Zinkzusatz hat sich Zinkchlorid3 bewahrt. Es werden auBerdem Kadmiumchlorid undJoder -bromid4, Natriumhydrooxyd5 und eine Mischung aus 896 Teilen MgCI2, 320 Teilen KCl, 40 Teilen CaF 2 und 60 Teilen NaCl3 empfohlen.

fJ) Giftwirkung des Kadmiums. AIle in der Literatur bekanntgegebenen Vergiftungsfalle haben sich beim Erschmelzen des Metalls oder bei seiner Herstellung zugetragen. Es handelt sich meist urn Magen- und Darmstorungen, au.Berdem urn bronchiale Erkrankungen. Vereinzelt wird auch iiber Todesfalle beim Verarbeiten von Kadmium berichtet. Bei dem Gebrauch von Gegenstanden /LUS Kadmium sind niemals Vergiftungen vorgekommen, so daB anzunehmen ist, daB sowohl sehr feine Rauchteilchen als auch Kadmiumdampf die Ursa chen der Vergiftung sind8, 7.

Andererseits geht aus einem Referat iiber eine uns im Original nicht vorliegende Arbeit, in der die Ergebnisse einer klinischen Beobachtung von Arbeitern eines Kadmiumschmelzwerkes niedergelegt sind, hervor, daB eine akkumulierende Wirkung des Kadmiums nicht besteht. Es wird

1 Gruhl, W. u. G. Wassermann: Z. Metallkde. Bd.41 (1950) S. 178/184. 2 Gill, A. S.: Proc. Austral. I. M. M.N. S. Bd.95 (1934) S. 201/27. Ausziige:

siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81/84; Metal Ind., London Bd. 46 (1935) S. 650/52. - 3 Smart, C. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Bd.25 (1937) S. 571/608. Auszug: Metal Ind., London Bd. 51 (1937) S. 61/64. - 4 Swartz, C. E. u. A. J. Phillips, USA.P. 2040283, angemeldet am 14.4.34. - 5 Norman, T. E. u. O. W. Ellis: Metals Techn. Bd.4 (1937) Nr. 7 S. 4, - 6 Arch. Gewerbepathol. u. Gewerbehyg. Bd. 5 (1936) S. 177. - 7 Anon: Die Gasmaske, Bd. 9 (1937) S. 37.

144 R. Weber: Legierungen mit Kadmium als Hauptbestandtei!.

daraus geschlossen, daB eine schnelle Ausscheidung des Kadmiums aus dem Korper erfolgt. Wir selbst haben trotz langzeitiger Beschaftigung mit Kadmiumlegierungen keine Vergiftungserscheinungen beobachtet. Die Verschiedenheit der Wirkungen des Kadmiums hangt vermutlich damit zusammen, welcher Art die Entliiftung in den betreffenden Raumen ist. Wir werden auBerdem darauf aufmerksam gemachtl, daB die Gefahrlichkeit des Kadmiums beim unsichtbaren metallischen Dampf liegt und weniger beim Rauch, der aus Oxydpartikeln besteht. Eine Literaturstelle gibt geeignete MaBnahmen gegen Vergiftungen durch Einatmen von Kadmiumdampfen bekannt2. In 3 wird als wirksamer Schutz ein Kolloidfilter angesehen.

y) Schwindung und innere Spannungen. Die GroBe der Schwindung hangt von den GieBbedingungen abo 1m Hochstfall erreicht sie den Wert der Warmedehnung zwischen Raumtemperatur und Schmelzpunkt. Aus dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der von kleinen Zusatzen nur wenig beeinfluBt wird, errechnet sich fUr Kadmium eine maximale Schwindung von etwa 0,9 %, die gut mit friiheren Messungen4

iibereinstimmt.

Bei Lotverbindung oder mechanischer Verklammerung mit Stahlstiitzschalen treten durch die groBen Unterschiede in der thermischen Ausdehnung bei ungiinstiger Wahl der GieB- und Abkiihlungsbedingungen erhebliche Spannungen im LagerausguB auf. Wir haben ihre GroBe gelegentlich zu iiber 5 kg/mm2 bestimmt. Diese und die hohe Streckgrenze der Kadmiumlegierungen machen RiBbildung im AusguB moglich4,6. Bei einigermaBen sorgsamer Abkiihlung der Schale nach Entnahme aus der Kokille jedoch sind die Kadmiumlagerlegierungen ohne Bedenken und Schwierigkeiten zu vergieBen. Beseitigung der inneren Spannungen durch mechanische Verformung des Ausgusses sofort nach seiner Erstarrung wird empfohlen6 •

Cl) Bindung und LOtung. Die in dem groBen SchwindmaB der Kadmiumlegierungen begriindeten Schwierigkeiten beim VerbundguB mit Stahl sind durch Entwicklung besonderer Lot- und GieBverfahren tiber-

1 Freund!. Mitteilung von Herrn Prof. Dr.-Ing. E. J. Kohlmeyer. 2 Wahle: Z. Gewerbehyg. Bd. 19 (1932) S.223/226. 3 Anon: Die Gasmaske Bd. 9 (1937) S.37. 4 Gill, A. S.: Proc. Austral 1. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S. 201/27. Ausziige:

siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81/84; Metal Ind., London Bd. 46 (1935) S. 650/52.

5 Frhr. v. Goler und G. Sach8: Mitt. Arbeitsber. MG. H. 10 (1935) S. 3/10; Giell.-Praxis Bd.57 (1936) S.76/79; 121/124.

6 Murphy, A. J. u. W. R08enhain, J. Stone and Compo Ltd. E. P. 398808 und 398809 vom 19.3.32.

Laufverhalten. 145

wunden worden 1-6. Wie eigene Untersuchungen zeigen, zeichnen sich Kadmiumlager durch sehr gute Bindung aus. Messungen des zum Abscheren von der Stahlschale n6tigen Druckes haben bis doppeIt so hohe Werle ergeben wie bei ZinnweiBmetallen1, 3, 5.

Versuche, eine gute Bindung durch Eintauchen der Stiitzschale in das Lagermetall selbst zu erhalten, waren trotz Anwendung groBer SorgfaIt und Schnelligkeit nicht immer erfolgreich. Die Benutzung eines niedriger schmelzenden Lotes erwies sich als zweckmaBig. Diese Erfahrung stimmt auch mit dem Bilde iiberein, daB man aus der Literatur gewinnt - gute Bindung von Kadmium-Nickel-Legierungen ohne Lot5 ;

Eignung dieser Legierung als Lot fiir andere Legierungen6 ; Verwendung von Kadmium-Zink-Lotenl , 6-8; Verwendung einer Kadmiumlegierung mit 5% Zn und 1 % Ni6•

Die Schwierigkeit beim AusgieBen von Lagern besteht darin, daB sowohl eine einwandfreie Bindung zwischen Stiitzschale und Lagermetall, als auch ein gutes Gefiige des Ausgusses angestrebt werden miissen, beide aber die Leitung der GieBbedingungen nach entgegengesetzter Richtung erfordern. Die Herstellung einer guten Bindung macht eine moglichst hohe Anwarmung von Kern und Stiitzschale notwendig. Das Erstarrungsintervall der Lagerlegierung muB dann aber schnell durchlaufen werden, urn grobe Gefiigeausbildung und Seigerungen zu vermeiden. Zusatzliche Kiihlung wahrend der Erstarrung ist daher zweckmaBig. Die der Erstarrung folgende Abkiihlung soll zur Vermeidung innerer Spannungen langsam erfolgen. Fiir jede Lagerform miissen daher durch Versuche die geeigneten Bedingungen festgelegt werden, deren Einhaltung zu iiberwachen ist.

5. Laufverhalten.

Uber das LaufverhaIten von Kadmiumlegierungen bei ruhender und dynamischer Belastung, ebenso iiber Betriebserfahrungen liegt eine Reihe von Angaben vor, iiber die nachfolgend kurz berichtet wird.

a) Bei ruhender Beanspruchung. Die Priifung einer Legierung mit

I Gill, A. S.: Proc. Austral. 1. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S.201/27. Ausziige: siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81/84; Metal Ind., London Bd.46 (1935) S.650/52. - 2 Frhr. V. Goler, u. G. Sachs: Mitt. Arbeitsber. MG H. 10 (1935) S. 3/10; GieB.-Praxis Bd. 57 (1936) S.76/79, S.121/24. - 3 Macnaughtan, D. J.: J. Inst. Met. Bd.55 (1934) S. 33/47 und Diskuss. dazu S. 98/99 und S. 107/08. -4 Bassett, H. N.: Metal Ind. London, Bd. 52 (1938) S.25/32. - 6 Imperial Smelting Corp. Ltd.: Technical Bull., Mai 1937. Auszug: Nickel Bull. Bd.9 (1936) S. 233/36. - 6 Smart, C. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Bd. 25 (1937) S.571/608. Auszug: Metal Ind., London Bd.51 (1937) S.61/64.

7 Smart, C. F.: General Motors Co.: USA. P. 2101759 vom 2.7.34. 8 The National Smelting Co., Ltd. Electrolytic Zinc Co. of Australasia u.

H. L. Evans: E. P. 448640 vom 15.12.34.

10 Kuhnel, GleltLager. 2. Auf!.

146 E. Weber; Legierungen mit Kadmium als Hauptbestandteil.

3,1 % Cu und 0,2 % Mg im National Physical Laboratory (N. P. L.) unter allerdings giinstigen Schmierverhiiltnissen (Oldruckschmierung, Gleitgeschwindigkeiten von 3,2 bis 3,5 m/sec) ergaben bei Verwendung von Mobilol B und vergiiteter Welle bei 35 kg/cm2 spezifischer Belastung einen Reibungskoeffizienten von 0,004; bei 176 kg/cm2 Lagerdruck wurde sogar nur ein Wert von 0,0013 gemessen1. Spiiter noch mit der Legierung Cd + 1,5 % .Cu + 1 % Mg unter etwa den gleichen Bedingungen durchgefiihrte Versuche zeigten, daB die Reibungskoeffizienten bei 70; 141 und 176 kg/cm2 und bei Temperaturen von 60,80 und 100° C mit 0,0026 bis 0,0008 bei denen eines ZinnweiBmetalles und einer Bleibronze liegen2.

Eigene Versuche wurden mit den Legierungen: 1,5 % Ni; 0,5 % Ag + 2,0% Cu; 2,5 % Ag + 0,25% Cu; 0,25 % Mg + 0,5% Cu; 1,0% Mg + 1,5% Cu; 0,5% Ca + 1,0% Cu; 5,0% Sb + 16,2% Zn und 0,5% Ag + 2,0 % Cu + 0,1 % Mg durchgeflihrt3. Die Priifbedingungen waren: einsatzgehiirtete Welle; Wellendurchmesser 40 mm; lid 0,5 ; Spiel 1,2 %0; Ringschmierung; Shell01 BF3; stufenweise Erhohung der Belastung bis 200 kg/cm2 Lagerdruck; Entlastung in den gleichen Stufen und Zeiten; mehrmalige Wiederholung dieser Be- und Entlastungsfolge. Gemessen wurde die Lagertemperatur. Das Ergebnis war, daB sich die Laufspiegel matt und zum Teil farbig angelaufen von der nichttragenden Lagerinnenflache unterschieden. Die Einzelkurven je Legierung sowohl, als

WO~----.-----~------r------'-----''-----' auch die Mittelkurven der verschiedenen Legie. rungen lagen sehr dicht zusammen .

·C

In Abb. 112 sind daher flir die

Kadmiumlager. legierungen nur die

'l{)o~----~----~=---------:::-----=~--~:;:-;-.-'T"'::'! 0 bere und die un· 50 100 750 200 250 ~g/cm; 300 ter'e Grenzkurve der spllzi/i'scne Be/as/ung

Abb. 112. Bereich, in dem bei Laufversuchen mit statischer Belastung die Laufkurven der geprtiften

Kadmiumlagermetalle lagen.

erhaltenen Kurvenschar eingezeichnet und in Vergleich zu

der Temperaturkurve eines unter den gleichen Bedingungen gepriiften Lagers mit WM 80 F-AusguB gesetzt.

Auf derselben Maschine wurden unter den obengenannten Bedin-

1 Occleshaw, A. J.: Commonwealth Engineer Bd.18 (1930) S.177/79. 2 Gill, A. S.: Proc. Austral. 1. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S. 201/27. Auszuge:

siehe Commonwealth Engineer Bd. 22 (1934) S. 81 /84; Metal Ind., London Bd.46 (1935) S.650/52. - 3 Weber, E .: Dissertation TH Munchen 1940.

Laufverhalten. 147

gungen bei 1,5mjsec Gleitgeschwindigkeit Versuche uber die Belastbarkeit von Kadmiumlagern durchgefUhrl. Sie lag zwischen 450 und 550 kgjcm2, wahrend mit WM 80 F etwa 300 bis 325 kgjcm2 erreicht wurden. Diese Befunde decken sich mit fruheren auf der gleichen Prufmaschine durchgefUhrten Messungenl, die bereits die niedrige Reibung und die hohe Belastbarkeit von Kadmiumlegierungen hatten erkennen lassen.

Reines Kadmium ist fur hochbeanspruchte Lager nicht geeignet, wenn auch, wie durch Versuche bestatigt werden konnte 2,3, eine gewisse Lauffahigkeit bei niedrigen Belastungen vorhanden ist.

b) Bei dynamischer Beanspruchung. Denham4 hat daf. C. S. 50-Lagermetall (etwa 0,5 % Cu und 2 % Ag) im Vergleich zu einem ZinnweiBmetall auf einer sehr schnelllaufenden, nicht naher beschriebenen PrUfmaschine untersucht. Das Spiel betrug dabei 1 bis 1,8%0. Die Lauftemperaturen stiegen fur das ZinnweiBmetall bis auf 148° C, fUr das Kadmiumlagermetall nicht uber 138° C. Nach 20 h hatte die Zinnlegierung zahlreiche Risse, wahrend das Kadmiumlager noch unversehrt war.

Dagegen schlieBt Steudel5 aus nicht naher beschriebenen Versuchen auf den Verhaltnissen im Flugmotor angepaBten PrUfmaschinen, daB Kadmiumlegierungen gegenuber Zinnlagermetallen kaum eine Verbesserung zeigen.

Heyer6 konnte auf der PrUfmaschine der Deutschen Versuchsanstalt fUr Luftfahrt mit umlaufender und zusatzlich stoBweiser Belastung (0 bis 160 kgjcm2) bei Schmierung mit Stanavool 120 feststellen, daB eine Kadmiumlegierung mit 1,5 % Ni besser ist als WeiBmetall. Dagegen wird der AusguB erheblich schneller zerstort als bei Bleibronzelagern, und zwar in einer Art und Weise, die Korrosion vermuten laBt. Die Betriebstemperatur betrug etwa 105° C.

Underwood7 hat nicht naher beschriebene Versuche durchgefUhrt, bei denen ein Kadmium-Silber-Kupfer-AusguB erst nach der dreifachen Prufdauer auszubrockeln begann wie ein Zinnlagermetall.

E. GilbertS beobachtete bei Legierungen mit 2 % Cu und 0,5 % Ag sowie mit 1,5 % Ni bei stoBweiser Belastung (± 200 bis 245 kgjcm2)

Lebensdauern, die vor allem fUr die erstere Legierung hoher als bei WeiBmetallagern, aber niedriger als bei Bleibronzelagern waren. Bei

1 Nach Versuchen von W. Jung.Konig, E. Koch u. W. Linicus; zum Teil veroffentlicht von W. Linicus: Schr. Hess. Hochsch., TH Darmstadt 1933, Nr.2 S. 13/19. - 2 Weber, E.: Dissertation TH Miinchen 1940. - 3 v. Phillippovich. A.: Z. VDI Ed. 82 (1938) S.835/836.

4 DenluLm, A. F.: Automot. Ind. Ed. 71 (1934) S.640/42. - 5 Steudel, H.: Luftfahrtforschg. Ed. 13 (1936) S.61/66. - 6 Heyer, H.O.: Luftfahrtforschg. Ed. 14 (1937) S. 14/25; Autom.-techn. Z. Ed. 40 (1937) S. 551/59; 589195. -7 Underwood, A. F. SAE J. Ed. 43 (1938) S. 385/92. - 8 Gilbert, E.: Z. f. Metallkde. Ed. 30 (1938), Sonderheft Vortrage Hauptvers.1938, S.30/32.

10'


einer Schale zeigten sich nach 220 h zahlreiche Anrisse. Wahrend aber eine WeiBmetallschale und auch eine Bleibronzeschale mit derartigen Rissen nach kurzer Zeit durch Ausbrockeln ganz zugrunde gegangen ware, lief diese Schale einwandfrei weiter. Der Versuch wurde aus Zeitmangel nach 440 h abgebrochen. Das Spiel betrug anfangs 0,092 mm, nach Beendigung 0,105 mm. Seine Zunahme durch VerschleiB wird also sehr gering angesehen. Die Welle war einwandfrei. Bleibronzelagern sind die Kadmiumlager im Hinblick auf die ertragene Belastung unterlegen, sie bewirken aber einen geringeren WellenverschleiB.

c) VerschleiB. Die ersten Messungen liegen von Occleshaw1 an der Legierung mit 3,2 % Cu und 0,2 % Mg im Vergleich mit einem nicht naher beschriebenen, offenbar hochzinnhaltigen Lagermetall vor. Sie wurden an Pruflagern durchgefUhrt und ergaben einen 2 bis 5mal so

Lfd. Nr.

1 2 3 4

Zahlentafel 5.

Zusammensetzung

Cd + 3,1% Cu + 0,2%Mg Cd + 1,5% Cu + 1% Mg Cd + I%Cu + I%Mg hochwertige Zinnlegierung

VerschleiB (relativ)

0,40 0,29 0,72 0,75

hohen VerschleiB ffir das Zinnlagermetall.

Gill2 hat VerschleiBversuche an Lagern mit einer Zugabe von 10 gjl Polierrot zum Schmierol gemacht. N ach einigen Tagen Lauf ergaben sich

die in Zahlentafel 5 eingetragenen Relativwerte. Bei den Versuchsergebnissen ist bemerkenswert, daB die Legierung 1 trotz groBerer Harte, wohl infolge zu groBer Sprodigkeit, starker verschleiBt als Legierung 2. DaB die weiche Legierung 3 sich so schlecht verhalt, wird yom Verfasser darauf zuruckgefUhrt, daB sie untereutektisch ist, also keine Cds CuKristalle im GefUge hat.

TrockenverschleiBversuche s,4, bei denen Lagermetallstabchen in einer grammophonartigen Anordnung auf Schmirgelpapier ablaufen, ergaben fur Legierungen mit 3 % Ni sowie mit 1,5 % Cu und 1 % Mg eine etwa halb so groBe Abnutzung wie fur hochzinnhaltige WeiBmetalle.

Messungen4 der Dickenabnahme an Lagerringen, die24 h bei 80kgjcm2

spezifische Belastung und bei 2,1 m/sec Gleitgeschwindigkeit unter Anwendung von Tauchschmierung (Shell-Achsenol H 2) gelaufen waren, brachten die in Zahlentafel 6 verzeichneten Werte fUr Legierungen des Kadmiums im Vergleich zu anderen Lagerlegierungen.

1 Occleshaw, A. J.: Commonwealth Engineer Bd.18 (1930) S.I77/79. 2 Gill, A. S.: Proc. Austral. I. M. M. N. S. Bd.95 (1934) S.201/27. Ausziige:

siehe Commonwealth Engineer Bd.22 (1934) S. 81/84; 'Metal Ind., London Bd.46 (1935) S. 650/52. - 3 Frhr. v. Galer, u. G. Sachs: Mitt. Arbeitsber. MG H. 10 (1935) S.3/10; GieB.-Praxis Bd. 57 (1936) S. 76/79, S.121/24. - 4 Nach Versuchen von W. Jung-Kanig, E. Koch und W. Linicus; zum Tell veroffentlicht von W. Linicus: Schr. Hess. Hochsch., TH. Darmstadt 1933, Nr.2 S. 13/19.

Laufverhalten. 149

Das bei allen Versuchen zum Ausdruck kommende, gegenuber den WeiBmetallen auf Zinn- und Bleibasis bessere VerschleiBverhalten der Kadmiumlegierungen laBt auch bei langzeitigem Gebrauch im praktischen Betrieb eine Uberlegenheit dieser Legierungen erwarten.

d) Verhalten im Betrieb. Kadmiumlager mit 3,2 % Cu und 0,2 % Mg haben sich in allen Lagern in den verschiedens ten Maschinen im Werk Risdon der Electrolytic Zinc Co. of Australasia, darunter auch in Steinbrechern

Zahlentafel 6.

Legierung

Cd + 3% Cu ................... . Cd + 3%Ni ................... . Cd + 1% Cn + 2% Ni .......... . Cd + 1,5% Cu + 3% Ni ......... . Verschiedene ZinnweiBmetalle .... . Verschiedene Bleilagermetalle .... .

VerschleW in 10-3 mm

12 6 9 7

20-35 40-55

bewahrt 1. Ferner konnte in Pleuellagern einer Schiffsmaschine der vorher sehr stCirende VerschleiB nach Ersatz eines ZinnweiBmetallagers durch die Kadmiumlegierung fast zum Verschwinden gebracht und die Lebensdauer damit entsprechend erh6ht werden.

Kadmiumlager mit 1,35 % Ni2 wurden ebenfalls in Maschinen verschiedener Art erfolgreich eingebaut. In Haupt- und Pleuellagern eines AutomobiImotors waren die Kadmiumlager nach etwa 2000 h (entsprechend 130000 km Fahrstrecke) bei mittlerer Belastung noch einwandfrei, wahrend die zum Vergleich eingebauten Zinnlager ganz oder teiIweise zerst6rt waren.

Auch eine Kadmiumlegierung mit Zink- und Antimonzusatz hat in allen Lagern verschiedener Automobilmotoren bei hohen Belastungen eine h6here Lebensdauer gezeigt als ZinnweiBmetalle 3•

Das gleiche wird von der Legierung mit 2,25 % Ag und 0,5 % Cu berichtet4. Denham 4 und Smart 5 weisen darauf hin, daB die Welle nicht angegriffen wird, so daB keine gehartete Welle n6tig ist. Dagegen wurde durch eine Legierung mit I % Ag, 0,25 % Cu und 20 bis 21 % Zn im Pleuellager die Kurbelwelle schon nach kurzer Zeit riefig5• Smart gibt die Lebensdauer der Silber- (2,2 %), Kupfer- (0,5 %) Lager bei scharfer Beanspruchung im AutomobiI zu etwa dem dreifachen der von ZinnweiBmetallen an.

1 Occleshaw, A. J.: Commonwealth Engineer Ed. 18 (1930) S. 177/79. 2 Swartz, C. E. and A. J. Phillips: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Ed. 33

(1933 II) S. 416/29. Ref. Metallwirtsch. Ed. 13 (1934) S. 469. 3 Blomstwm, L. C. u. E. R. Darby: Proc. Amer. Soc. Test. Mater. Ed. 33

(1933 II) S.427-428. 4 Denham, A. F.: Automot. Ind. Ed. 71 (1934) S.640/42. 5 Smart, C. F.: Trans. Amer. Soc. Met. Ed. 25 (1937) S.·571/608. Auszug:

Metal Ind., London Ed. 51 (1937) S.61/64.


Die vorstehenden Angaben beziehen sich im wesentlichen nur auf Versuche an einzelnen Maschinen oder Motoren. Uber die sicherlich recht umfangreichen GroBversuche, die in den Vereinigten Staaten und in England yon den Herstellern von AutomobiP und Flugmotoren 2 durchgefiihrt worden sind, sind weder Veroffentlichungen vorhanden, noch ist aus sonstigen Informationen Klarheit zu gewinnen. Bekannt ist, daB Kadmiumlagermetalle in einigen ~Iotorentypen serienmaBige Anwendung gefunden haben 2-6.

Die das Laufverhalten betreffenden Ergebnisse lassen demnach den SchluB zu, daB Kadmium-Legierungen in den gepriiften Zusammensetzungen - hauptsachlich Cu-, Ni- und Mg-Zusatze - sich in den Gleiteigenschaften nur wenig unterscheiden. Einige Ergebnisse deuten an, daB der VerschleiB bei den weicheren Legierungen etwas groBer ist.

6. Zusammenfassung.

Unter den in Verbindung mit Kadmiumlagerlegierungen genannten Zusiitzen: Kupfer, Silber, Magnesium, Zink, Arsen, Antimon, Nickel und Kobalt haben heute haupt,;achlich Kupfer, Silber und Nickel Bedeutung, wobei Kupfer und Silber dem Kadmium gemeinsam, Nickel aber allein zugesetzt werden. Nach den bekannten Eigenschaften der Kadmiumlegierungen laBt sich ihre Stellung gegeniiber den iibrigen Lagermetallen klar abgrenzen. Die Kadmiumlegierungen gehoren danach gerade noch zu den sogenannten "weichen" Lagermetallen, und zwar lassen sie sich zwanglos der Gruppe der ZinnweiBmetalle, die sie in allen wesentlichen Eigenschaften etwas iibertreffen, zuordnen.

Sie haben mit ihnen gemeinsam die niedrigeren Reibungswerte, die gute Einlauffahigkeit und Unempfindlichkeit gegen StOrungen, die sich darin auBert, daB sie Kantenpressungen oder Storungen der Schmierung in verhaltnismaBig weitgehendem MaBe ertragen. Sie greifen ebenso wie diese weder beim normalen Lauf, noch beim HeiBlaufen die Welle an. Sie iibertreffen die Zinnlagermetalle hinsichtlich der Belastbarkeit bei konstanter und bei StoBbelastung. Dies beruht einerseits auf dem hoheren Schmelzpunkt, der guten Warmeleitfahigkeit sowie der erheblich hoheren Warmharte, Zugfestigkeit und vor allem Wechselbiegefestigkeit, zum

1 Mougey, H. C.: Industr. Engng. Chern. Ed. 14 (1936) S. 425/428. Ref. Automat. Ind. Ed. 77 (1937) S. 121/123.

2 Dayton, R. W.: Metals and Alloys Ed. 9 (1938) S.211/18. 3 Bureau of Mines: Minerals Yearbook, Washington 1936 S.528/30; 1937,

S.741/45. 4 Anon: Parkerizer, Dedroit Ed. 14 (1936) Xr. 1 S. 1 u. 3. 5 Anon: Automat. Ind. Ed. 75 (1936) S.726; Ed. 76 (1937) S.293; Ed. 77

(1938) S. 596. 6 Heldt, P. M.: Automat. Ind. Ed. 78 (1938) S.412/422.


anderen darauf, daB sich eine viel festere Bindung mit Stahl herstellen laSt als bei Zinnlegierungen. Der VerschleiB betragt sowohl bei fliissiger als auch bei halbfliissiger Reibung nur einen Bruchteil desjenigen von ZinnweiBmetallen.

Den Bleibronzen sind die Kadmiumlagermetalle in bezug auf Belastbarkeit, vor allem bei StoBbelastung und auf VerschleiBfestigkeit unterlegen. Dafiir greifen aber die Blei1;>ronzen die Welle starker an, so daB im allgemeinen gehartete Wellen verlangt werden, wahrend Kadmium- und Zinnlagermetalle ebenso gut auf ungeharteten oder GuBwellen laufen. Das Spiel soll bei Kadmiumlagern etwas groBer sein als bei ZinnweiBmetallen, aber kleiner als bei Bleibronzen1.

Storend hat sich gelegentlich die etwas geringere Korrosionsbestandigkeit der Kadmiumlegierungen vor allem gegeniiber saurehaltigen Olen gezeigt.

Die Herstellung von Kadmiumlagerschalen erfordert etwas mehr Sorgfalt und Miihe als die der Zinnlegierungen. Der notige Aufwand ist aber in keiner Weise vergleichbar mit den Schwierigkeiten, die bei der Herstellung von Bleibronzeschalen zu iiberwinden sind.

In zwei amerikanischen Literaturstellen, in denen anscheinend in Zusammenschau der dort bekannten Versuchsergebnisse und Betriebsbeobachtungen nur eine generelle Beurteilung der Lagerwerkstoffe vorgenommen wird, sind die Kadmiumlegierungen wie nachstehend angegeben bewertet: gemeinsam ist das Urteil, daB sie in mechanischer Hinsicht den Bleibronzen unterlegen sind, den WeiBmetallen werden sie einmal gleichgeste1lt2, im anderen Fall besser bewertet, als diese3 • In den Gleiteigenschaften erfolgt die Einstufung der Kadmiumlegierungen durch die eine Stelle zu den WeiBmetallen2, durch die andere etwa zu den Bleibronzen3• Beriicksichtigt man, daB die wiedergegebene Beurteilung im Rahmen einer groBeren Gegeniiberstellung der verschiedenen Lagermetalle erfolgte, eine feine Differenzierung also nicht angestrebt wurde, so scheint doch auch nach diesen Angaben die Annahme einer Zwischenstellung der Kadmiumlegierungen zwischen den WeiBmetallen und den Bleibronzen gerechtfertigt.

Man wird daher zweckmaBig Kadmiumlegierungen iiberall dort einfiihren, wo ZinnweiBmetalle den Betriebsbeanspruchungen nicht mehr geniigen, man sich aber zu den wesentlichen Abanderungen nicht entschlieBen kann, die eine Bleibronzelegierung in bezug auf Herstellung der Lager, Konstruktion der Lagerung und unter Umstanden hinsichtlich des Wellenwerkstoffs mit sich bringt.

1 Mathewson, C. H.: Metals Techn. Bd.3 (1936) Okt., 12 S. 2 Clauser, H. R.: Materials and Methods Bd. 28 (1948) S.76/86. 8 Etchells, E. B. u. A. F. Underwood: SAE. Journal Bd.53 (1945) S.497/503.

D. Legierungen mit Aluminium oder Magnesium als Hauptbestandteil.

Von Prof. Dr.-lng. W. Bungardt, Essen.

Mit 35 Abbildungen.

1. Entwicklung.

Leichtmetallegierungen mit der Basis Aluminium gewannen wohl zum erstenmal in Deutschland wahrend des ersten Weltkrieges praktische Bedeutung, als der mit zunehmender Kriegsdauer sich verscharfende Mangel an Kupfer, Blei, Zinn und Antimon eine Urn schau nach einem vollwertigen Ersatzstoff notwendig machte. Die damals mit Aluminiumlegierungen als Lagerwerkstoff gesammelten Erfahrungen waren zunachst wenig befriedigend, und es hat einer langen Entwicklung bedurft, urn diese anfanglichen Schwierigkeiten verstehen und beherrschen zu lernen.

Fur die Notwendigkeit der Entwicklung eines Aluniiniumlagers waren nicht allein Austausch- und Ersatzprobleme entscheidend. Die allgemeine Entwicklung des Gleitlagers verlangte Lagerwerkstoffe mit h6herer Belastbarkeit, als sie die bekannten Lagerlegierungen auf BIei-, Zinn-, Kadmium- und Kupferbasis besitzen. So ergaben sich mit der Steigerung der spezifischen Motorleistung - z. B. im Grund- und Pleuellager von Hochleistungs-Verbrennungskraftmaschinen - mechanische und thermische Beanspruchungen der Triebwerkslagerung, denen die bisher ublichen Lagermetallgruppen nicht immer gewachsen waren.

Es ist daher verstandlich, daB die hochwertigen mechanischen und physikaIischen Eigenschaften einiger Aluminiumlegierungen, z. B. der Aluminium-Kolbenlegierungen, den Versuch nahelegten, diese und ahnliche Aluminiumlegierungen auch im Gleitlager zu erproben.

Die statische und dynamische Festigkeit der meisten technischen Aluminiumlegierungen wurde - fUr sich allein betrachtet - selbst fur hochbelastete Lager ausreichend sein; es fragt sich nur, ob auch ihr Gleitverhalten genugt. Unter Gleitverhalten soll hier in erster Linie die Eigenschaft des Lagermetalls verstanden sein, bei Durchbrechungen des Olfilms einen ausreichenden Widerstand gegen Fressen zu besitzen.l Die Erfahrung hat nun gezeigt, daB hier der kritische Punkt des Alu-

1 Uber eine physikalische Deutung des FreBvorgangs siehe: F. P. Bowden und D. Tabor; lnst. mech. Engr., J. Proc. Ed. 160 (1949) S.380/83, Cambridge Univ.; vergl. auch Chern. Z. 1950 II, S. 2960.

Legierungsvorschliige. 153

miniumlagers liegt und daB es weitaus schwieriger ist, der Legierung eine gute Gleitcharakteristik aufzupragen, als ihr ausreichende Festigkeit zu verleihen.

Die Schwierigkeiten des Aluminiumlagermetalls riihren daher nicht von nicht erreichbaren statischen oder dynamischen Festigkeitseigenschaften her, sondem ergeben sich aus der Notwendigkeit, den Legierungen gleichzeitig eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit und ein gutes Gleitverhalten in allen Betriebszustanden zu geben bei geringer Empfindlichkeit gegen Kantenpressung und Olverunreinigungen.

Infolgedessen dreht es sich bei der Entwicklung von leichten Gleitlagerlegierungen letztlich nm folgende Fragen: Wie ist ein ausreichendes Einlauf- und Notlaufverhalten zu erzielen; wie ist die erwiinschte Unempfindlichkeit gegen Olverunreinigungen zu erreichen; wie kann die Empfindlichkeit der festesten dieser L9gierungen gegen ortliche Uberbelastung vermindert werden; nnd endlich: durch welche konstruktiven MaBnahmen laBt sich das groBere thermische Ausdehnungsvermogen der leichten Gleitlagerwerkstoffe unschadlich machen? - Die Beantwortung dieser Fragen wird naturgemaB um so schwieriger, je hohere Driicke, Geschwindigkeiten und Temperaturen von der L!tgerung verlangt werden.

Die Entwicklung der Leichtmetall-Gleitlagerlegierungen auf Aluminiumbasis hat trotz beachtlicher Anfangsschwierigkeiten inzwischen in Deutschland, England und den Vereinigten Staaten von Nordamerika zu bemerkenswerten Erfolgen gefiihrt.

2. Legierungsvorschliige.

a) Allgemeine Forderungen. Die Eignung eines Metalls oder einer Legierung zum Gleitlagerwerkstoff kann bekanntlich nicht mit einigen wenigen WerkstoffkenngroBen eindeutig beschrieben werden. Auf diese grundsatzliche Schwierigkeit ist in dies em Buch schon an anderer Stelle hingewiesen worden!. Es wurde dort gezeigt, daB jedes Lagermetall einer Vielzahl chemischer, physikalischer und struktureller - und beziiglich der Lagerausbildung auch konstruktiver - Voraussetzungen, die z. T. untereinander kompliziert zusammenhangen, gleichzeitig geniigen muB, wenn es seine Aufgabe erfiillen so1l2. Wir beschranken uns daher an dieser Stelle darauf, diese Ausfiihrungen nur insoweit zu wiederholen, als speziell zum Verstandnis der Schwierigkeiten, die bei der Entwicklung des Aluminiumlagers aufgetreten sind, notwendig ist.

1 S. S. 7,87 u. 123. - 2 Vgl. hierzu auch: A. F. Underwood: Automotive Bearing Materials and rheir Application" SAE-Journal Vol. 43 (1938) S.385 und Gillet H. W., H. W. Rus8el u. R. W. Daytoo: "Bearing Metals from the point of View of Strategic Materials". Metals and Alloys Vol. 21 (1940) S.274 455, 629 und 749.

154 W. Bungardt: Legierungen mit Aluminium oder Magnesium.

Bei der Beurteilung eines neuen Gleitlagerwerkstoffs kommt seinem Gleitverhalten naturgemaB ein besonderes Interesse zu. Die metallische Gleitung und Reibung eines Metalls auf einem zweiten unter Druck ist ein komplizierter physikalischer Vorgang, uber dessen BeeinfluBbarkeit von der stofflichen Seite her wertvolle Ergebnisse gewonnen wurden (z. B. uber die Bedeutung von weichen niedrigschmelzenden Gefugeeinlagerungen oder dunnen niedrigschmelzenden Metallfilmen); seine physikalische Seite ist aber nicht vollig geklartl. Die Vorgange in den Glei tflachen entscheiden daru ber, 0 b eine Legierung "Lagereigenschaften " besitzt oder nicht, d. h. ob sie ein gutes Einlaufen des Lagers ermoglicht, ob der Reibungswiderstand und die Neigung zumFressen gering ist, und schlieBlich ob sie bei plotzlichem Schmierolmangel, also im N otlauf, eine aus praktischen Grunden zu fordernde gewisse Mindestauslaufzeit des Lagers gewahrleistet, ohne daB die Welle ernsthaft beschadigt wird. Eine Voraussage daruber, ob Aluminium oder irgendeine spezielle Aluminiumlegierung diese Eigenschaften etwa in gleicher Weise wie WeiBmetall besitzt, konnte bei Beginn der Entwicklung des AluminiumGleitlagerwerkstoffs auf Grund vorhandener theoretischer Kenntnisse nicht gemacht werden, so daB fiir weite Strecken der Entwicklung praktische Erfahrungen den Ausschlag gegeben haben.

Die Erfahrung hat gezeigt, daB Reinaluminium weder eine gute Einlaufcharakteristik besitzt, noch im N otlauf langere Zeit der Zerstorung widersteht. Schon verhaltnismaBig geringe Lagerbelastungen und maBige Gleitgeschwindigkeiten verursachen ein Fressen der Welle, wobei Aluminiumteilchen aus dem Lager herausgerissen und mit der Welle verschweiBt werden. Infolge dieser grundsatzlichen Schwierigkeit ist seit der Entwicklung des Aluminium-Gleitlagers eine Verbesserung des Gleitverhaltens von Stahl auf Aluminium durch geeignete Legierungszusatze angestrebt worden.

Den ersten Arbeiten uber den gunstigsten Legierungsaufbau hat die Auffassung zugrunde gelegen, daB auch Aluminiumlegierungen fur Gleitlager in struktureller Hinsicht eine relativ weiche Grundmasse mit eingelagerten harten Tragkristallen besitzen mussen, wie dies bekanntlich bei den WeiBmetallen der Fall ist. Der Geltungsbereich dieser Gefiigeregel muB heute eingeschrankt werden; denn die Entwicklung leistungsfahiger Gleitlagerwerkstoffe auf Kupfer-Blei- und Kadmium-Silberbasis oder auch die gunstigen Erfahrungen mit reinem Silber als Lagermetall und sehr dunnen Metallfilmen aus Pb, Pb-In und Cd haben gezeigt, daB auch unabhangig von dieser Vorstellung ein gutes Gleitverhalten erreicht werden kann. In Abb. 113a und b sind zwei Beispiele fur moderne Gleit-

1 Eine vorzugliche Ubersicht uber die Physik der Gleitflache gibt eine Arbeit von G. I. Finch: "The Sliding Surface"; Proc. Phys. Soc., Sect. B, Vol. 63, Part 7 (1950) S. 465/483.

Legierungsvorschlage. 155

lager hoher Beanspruchbarkeit gezeigt, die der Gefugeregel nicht entsprechen. Es handelt sich hierbei um Mehrschichtengleitlager fur die Hauptlagerung von Flugmotoren.

Diese neueren Erkenntnisse haben in den letzten Jahren die Entwicklung von Hochleistungsaluminiumlagern wesentlich gef6rdert, was sich darin auspragt, daB, ahnlich wie bei Kupfer-Blei-Legierungen,

Abb. 113. Schemaschnitte durch modeme Mehrschichtengleitlager.

weiche niedrigschmelzende Ge-a) Dicke der Metallanfiagen im Mittel:

fugeeinlagerungen an Bedeutung gewonnen haben. Vermutlich werden bei der weiteren Ent

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in den Abb. ll3a und b gezeigten BIei-Bronze. 560,.. Blei-Indium. 14,..

Beispielen - auch diinne Metall-filme aus niedrigschmelzenden Metallen oder Legierungen fur das Aluminiumlagermetall Berucksichtigung finden.

Eine weitere Entwicklungsrichtung fur Aluminium-Gleitlager, die allerdings das Versuchsstadium noch nicht verlassen hat, versucht mit homogenen Legierungen, zu deren Herstellung Reinstaluminium Verwendung finden solI, auszukommen. Diese Legierungen sollen insbesondere in Verbindung mit verguteten, d. h. mit verhaltnismaBig weichen, nicht oberflachengeharteten Wellen Vorteile haben.

Der Lagerwerkstoff muB ferner im Gebiet der Arbeitstemperatur Lasten aufzunehmen vermogen; er muB also eine ausreichende statische und dynamische Druck- und Biegefestigkeit besitzen. Diese mechanisch-


technologische Seite des Aluminiumlagerproblems bietet i. a. nur geringe Schwierigkeiten, wie schon naherungsweise aus dem Vergleich der Warmharte eines Aluminiumlagerwerkstoffs mit den Warmharten verschiedener anderer Lagermetalle geschlossen werden kann.

Die Festigkeitsforderungen fUr Hochleistungslager werden dadurch verscharft, daB ortliche Uberbeanspruchungen - z. B. bei Kantenpressungen, die durch eine WeUendurchbiegung verursacht werden konnen - durch plastische Deformation des Lagerwerkstoffs unschadlich gemacht werden miissen. Hierher gehort auch der stOrungsfreie Ausgleich kleiner Einbaumangel. Andererseits darf jedoch die plastische Formbarkeit des Lagermetalls bei Betriebstemperatur nicht zu groB und sein Kriechwiderstand nicht zu klein sein, da Veranderungen der Lagerbohrung und damit des Lagerspiels ausgeschaltet bleiben miissen. Diese Forderung lauft darauf hinaus, von der Lagerlegierung eine der zu erwartenden Belastung angepaBte Elastizitiitsgrenze (Quetschgrenze) und Dauerstandfestigkeit zu verlangen.

In das Gebiet der mechanischen Eigenschaften des Lagerwerkstoffs faUt schlieBlich auch noch die praktisch wichtige Forderung, daB er gegen Olverunreinigungen unempfindlich sein soU. Es wird hierbei gefordert, daB mit dem Schmier61 eingeschleppte harte Fremdkorper, die fUr die Welle eine Gefahr bedeuten, von der Lagermetallgrundmasse aufgenommen und so unschadlich gemacht werden miissen. Diese Einbettung ist aber nur bei einer relativ weichen Grundmasse sicher moglich.

Den physikalischen F'orderungen, die an ein Aluminiumlager zu stellen sind: gutes Wiirmeleitvermogen, Ubereinstimmung des .Ausdehnungskoeffizienten mit den Metallen der Lagerumgebung (Lagergehause) und Benetzbarkeit des Lagermetalls durch das Schmiermittel, entsprechen die Aluminiumlegierungen nur hinsichtlich der ersten und letzten Eigenschaft. Ihre groBere thermische Ausdehnung hat eine Reihe von konstruktiven Problemen aufgeworfen, die fiir diese Lagerlegierungen charakteristisch sind. Wir werden auf die hiermit verbundenen Probleme in einem besonderen Abschnitt ausfiihrlicher eingehen.

In chemischer Hinsicht ist es schlieBlich noch wichtig, daB das Aluminiumlager unter der Einwirkung des Schmiermittels korrosionsfest bleiben muB; andererseits darf das Lagermetall auch die Alterullg des Schmierols nicht begiinstigen.

Diese verschiedenartigen Forderungen haben zum Teil gegensatzlichen Charakter, so daB die praktische Losung der Legierungsauswahl stets einen KompromiB, vor allem zwischen der Festigkeit und dem Gleitverhalten, anstreben muB.

1m Zuge der Entwicklung zum Hochleistungsaluminiumlager sind die anfanglich stark betonten Festigkeitsforderungen immer mehr zu-


gunsten einer besseren Gleitcharakteristik abgeschwacht worden. Man bevorzugt heute durchweg weichere und gleitsicherere Aluminiumlegierungen vor harteren und festeren Legierungstypen, deren Gleiteigenschaften in kritischen Betriebszustanden nur unter besonderen Bedingungen praktisch ausreichend sind. Die geringere Festigkeit des Lagermetalls laBt sich dann gegebenenfalls mit einer Stiitzschalenkonstruktion ausgleichen.

b) Aufbau; Eigensehaften. Aluminiumlagerwerkstoffe, die bisher praktische Bedeutung erlangt haben, sind durchweg heterogene Legierungen mit Gefiigekomponenten von stark verschiedenen physikalischen Eigenschaften und Aufgaben.

Je nach dem Verhalten der Legierungszusatze zum Grundmetall Aluminium sind zu unterscheiden:

1. Legierungszusatze, die mit Aluminium harte, intermetallische Verbindurigen bilden, ohne nennenswert in festem Aluminium loslich zu sein. Hierzu gehoren Eisen, Mangan, Kobalt, Nickel und Antimon. Titanzusatze, die sich auch hin und wieder in Aluminiumlagermetallen finden, dienen meist der Kornverfeinerung. Diesen Elementen ist ferner Silizium zuzurechnen, das zwar mit Aluminium keine Verbindung bildet, jedoch als harter Gefiigebestandteil in gleicher Weise wie die Schwermetallaluminide wirkt. Die chemische und physikalische Beschaffenheit dieser Aluminide, ihre Menge, Form und Verteilung in der Aluminiumgrundmasse beeinfluBt nicht nur den Gleitvorgang, sondern auch die dynamische und statische Belastbarkeit des Lagers und in gewissen Fallen - z. B. bei eisenreicheren Legierungen - auch die Bearbeitbarkeit.

2. Legierungszusatze, die in groBeren Mengen in Aluminium !Oslich sind. Sie dienen zur Steigerung der Festigkeit und damit auch der Belastbarkeit der Legierung. Zu den Elementen, die in dieser Weise wirken, gehoren Kupfer, Zink, Magnesium und auch Silber, die u. U. auch noch eine zusatzliche Verfestigung durch Ausscheidungshartung ermoglichen.

3. Legierungszusatze, die mit Aluminium weiche, niedrigschmelzende Gefiigekomponenten bilden, bzw. unverandert als solche im Gefiige eingelagert sind. Sie erleichtern das Einlaufen der Legierung und erschweren ein Fressen bei voriibergehender metallischer oder halbfliissiger Reibung. AuBerdem sollen sie - in gewissen Grenzen - ein giinstiges Notlaufverhalten (Schutz der Welle) garantieren. Vor allem vonF. P. Bmvden und D. Taborl , 2 ist auf die groBe Bedeutung dieser niedrigschmelzenden

1 Bowden F. P. u. D. Tabor: "Report Nr. 2 - The Lubrication Effect of Thin Metallic Film s and the Theory of the Action of Bearing Metals" Cound. Sci. Ind. Res. (Aust.). Bulletin Nr. 155 (1942); [zit. nach H. Y. Hunsicker u. L. W. Kempf (Lit. S. 184 Nr. 1)]. - Z Vergl. hierzu auch: HoUigan, P. T.: "Modem Trends in Bearing Metals"; The Oil Engine and Gas Turbine (1947) Mai, Juni, Juli.

158 W. Bungardt: Legier\lngen mit Aluminium oder Magnesium.

Gefugebestandteile fur die Gleitcharakteristik bei metallischer oder halbflussiger Reibung hingewiesen worden. Durch den Druck der uber den Lagerwerkstoff hinweggleitenden Stahlwelle werden die niedrigschmelzenden GefUgeeinlagerungen des Lagermetalls in die Gleitflache hineingepreBt; sie bilden dort einen dunnen, schmelzflussigen Film, der das harte Grundmetall der Lagerlegierung aber nicht den Wellenwerkstoff benetzen solI. Diese dunnen Metallfilme sind fUr das gute Einlaufen des Lagermetalls maBge bend; sie erschweren das Fressen zwischen Wellenwerkstoff und Lagermetall.

In dieser Weise wirken Legierungszusatze an Blei und Zinno Vor aHem Zinn, das metallurgisch besser beherrschbar ist und bei saurehaltigen Schmierolen weniger zur Korrosion neigt als Blei, spielt in neueren Legierungsvorschlagen eine bedeutende Rolle. Zusatze an Kadmium, Wismut, Indium und Thallium, die in dies em Zusammenhang auch genannt worden sind, haben wegen ungunstiger Beeinflussung der Korrosionsbestandigkeit des Lagerwerkstoffs bisher keine praktische Bedeutung erlangt.

Auch durch Graphitzusatze hat man die Gleiteigenschaften yon Aluminium-Lagerwerkstoffen zu verbessern versucht.

AIle Aluminium-Lagerlegierungen benutzen Kombinationen der unter 1. bis 3. genannten Legierungselemente, wobei der Akzent in dies en Legierungsvorschlagen je nach der angestrebten Leistungsfahigkeit des Lagerwerkstoffs auf sehr verschiedene Elemente und Gruppen von Elementen gesetzt wird. Fur die deutsche Entwicklung ist ferner lange Zeit noch der Wunsch maBgebend gewesen, moglichst mit Metallen aus dem eigenen Wirtschaftsbereich auszukommen.

Die Vielzahl der Anwendungsbereiche mit sehr verschiedenartigen Forderungen uber Belastbarkeit, Gleitgeschwindigkeit und Lagertemperatur hat eine Entwicklung in die Breite mit einer groBen Zahl von Legierungsvorschlagen ausgelost. Diese fUr das Aluminiumlager charakteristische Entwicklung erklart aber auch man chen Versager infolge ungenugender Eignung des ausgewahlten Aluminium-Gleitlagerwerkstoffs fUr die speziellen Erfordernisse der in Frage stehenden Lagerung. Man wird hier berucksichtigen mussen, daB die Leistungsfahigkeit des Aluminium-Gleitlagers nicht allein ein Legierungs-, sondern ebensosehr ein konstruktives Problem ist, da die Aluminium-Gleitlagerlegierungen im Vergleich zu Stahl einen groBeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Die Nichtbeachtung dieser Tatsache ist im Anfang der Entwicklung die Ursache fUr viele Versager gewesen.

Die Frage, welche Legierungskombination und welche Mengen der in den Abschnitten 1 bis 3 genannten Legierungselemente das hochwertigste Aluminiumgleitlager ergeben, kann nicht eindeutig beantwortet werden, weil hierzu ein einheitlicher VergleichsmaBstab fehlt. Als


gesichert darf jedoch gelten, daB die typischen Gleitlagereigenschaften, wie sie z. B. das WeiBmetall besitzt, von Aluminiumlegierungen am leichtesten dann erreicht werden, wenn in die Legierung eine weiche, niedrigschmelzende Gefiigekomponente eingebaut wird.

ex) Aluminium-Silizium-Legierungen mit weiterenZusiitzen an Kupfer, Nickel, Magnesium, Mangan und Kobalt. Die Entwicklung begann mit verhaltnismaBig harten, eutektischen und iibereutektischen Aluminium-

Nr. I 1

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4

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Zahlentafel 1. Legierung8vor8chUige. Eutekti8che unx ubereutektische Al·Si·Legierungen mit ZU8iitzen an Ou, Mg 80wie Ni, Fe und 00.

Bezeichnung Chemische Zusammeusetzung in 'I, Verwendnngsform (Rest in allen Fallen Aluminium) nnd Znstand

KS 1275 120(0 Si ferner: Vollschale und 1% Cu; 1% Ni; I%Mg Lagerbuchse

KS 245 140(0 Si ferner: (gegossen)

4,5% Cu; 1,5% Ni; 0,8% Mn; 0,7% Mg Vollschale

KS 280 21 bis 22% Si ferner: (gegossen)

1,5% Cu; 1,5% Ni; 1,2% Co; 0,7%Mn; 0,5%Mg

DIN E 1725 1l,5 bis 13,0% Si ferner: Vollschale und (Juli 1943) 0,8 bis 1,1% Cu; 0,8 bis 1,3% Mg; Buchse

AI·Si-Cu-Ni I 0,8 bis 1,1% Ni; 0,8% (Fe+Ti), da· (GuB- und Knet-von 0,2% Ti werkstoff)

DIN E 1725, 1l,5 bis 13,5% Si ferner: Vollschale und (Juli 1943) 0,4 bis 0,8% Cu; 0,8 bis 1,5% Mg; 0 bis Buchse

Al-Si-Cu-Ni II 0,5% Mn; 0,2 bis 0,4% Ni; 0,8% (Fe (GuB- und Knet-+Ti), davon 0,2% Ti werkstoff)

Silizium-Legierungen etwa von der Zusammensetzung, die in Zahlentafel 1 (Nr. 1 bis 3) angegeben ist. Legierungen dieser Art sind als Kolbenwerkstoffe bekannt. Die ersten Versuche, diese Legierungsgruppe fUr Gleitlager zu verwenden, gehen auf O. Steiner1 zuriick. 1m Gefiigeaufbau sind in einer eutektischen Grundmasse primar ausgeschiedene, harte, plattenformige Siliziumkristalle eingelagert. Die Brinel1harte dieser Legierungen liegt zwischen 100 und 140 kg/mm2•

1m Vergleich zu den Blei-Zinn-Bronzen sind diese Legierungen warmfester; auch ihr Abnutzungswiderstand ist groBer, besonders bei vergiiteten Wellen. Ferner haben sie von allen Aluminiumlegierungen den geringsten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Auch ihr Reibungsverhalten ist giinstig, wie die Abb. 114 und 115 zeigen. Nachteilig ist die hohe Harte dieser Werkstoffgruppe, die das Einlaufen erschwert. Ein Einschaben darf nicht vorgenommen werden, und nur Feinstbearbeitung

1 Steiner 0.: Lilienthal-Gesellsch. f. Luftfahrtforschg. Jahrbuch 1936 S.356(71-

160 W. Bungardt: Legierungen mit Aluminium odcr Magnesium.

der Lagerlauffliiche mit Diamanten schaltet ein Fressen aus. Wegen ihrer geringen Plastizitat sind diese Legierungen auch gegen ort

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liche Dberbean-spruchung, Z. B. bei Kantenpressung, empfindlich. Daher hate. Steiner vorgeschlagen, in all den Fallen, in welchen keine starre Wellenlage-rung erwartet werden kann, durch eine ballige Abrundung der Laufflache diesem Nachteilentgegenzuwirken;ein Vorschlag, der spater mehrfach auf-

Abb.114. Reibungskoeffizienten von "KS 280" und "KS 245" bei verschiedener Belastung im Yergleich zu anderen Lagermetallen

(Steiner, Jung-Konig und Linicus). gegriffen worden ist. Auch im Notlauf verhalten sich diese Legierungen ungunstig; bei Unterbrechung der Olzufuhr kommt es in kurzer Zeit zu Fressern, da die a us der Grundmasse herausbrechenden

harten Siliziumkristalle im LagerspaIt wie Schmirgelpulver wirken. Die Welle wird hierbei stark in Mitleiden-schaftgezogen. Eine wichtige Voraussetzung ist ferner

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Schmierol, da die ta!lef'oeiosiung k9/cm2 relativ harte Grund- Abb. 115. Laufversuche mit "KS 280" und "KS 245" auf dem masse Olverunreini _ Kammerer-Welter-Priifstand. (N ach Steiner, J ung-Konig und L·inicus.)

gungen nicht einzubetten vermag, wodurch wiederum die Gefahr des Fressens mit ZerstOrungen fur Lager und Welle heraufbeschworen wird.


Auf Grund bisheriger Erfahrungen muB also gesagt werden, daB diese Werk!'ltoffgruppe trotz ihrer guten meehanisehen und physikalisehen Eigensehaften wegen fehlender Einlaufeignung, sehleehten Verhaltens bei blmangel, geringer Plastizitiit - und daher groBer Neigung zum Fressen bei ortliehen Uberbeanspruehungen - und endlieh wegen groBer Sehmutzempfindliehkeit nur begrenzt verwertbar ist. Sie verhiilt sich also - positiv ausgedruckt - nur dann befriedigend, wenn geringe Lagerkrafte bei mogliehst gleiehbleibender Beanspruchung aufzunehmen sind; wenn die Lagerkonstruktion eine starre Wellenlagerung gewahrleistet und schlieBlich fUr eine reichliche Sehmierolzufuhr bei guter blreinigung gesorgt ist.

Die Verwendung dieser hart en Legierungsgruppe ist also an Bedingungen geknupft, die ihre allgemeine Anwendbarkeit einschranken und sie speziell fUr Hoehleistungslager wenig geeignet erseheinen lassen.

Sind jedoch die Voraussetzungen fur ihre Anwendung gegeben, so konnen befriedigende Ergebnisse erreieht werden. So berichtet z. B. W. Deck!, daB mit eutektisehen Aluminium-Silizium-Legierungen als Vollager in der Sehweiz gute Erfahrungen in versehiedenen Motoren und Maschinen, besonders bei stoBartiger Beanspruehung, gemaeht worden sind.

1m allgemeinen wird man jedoch dies en Legierungstyp bei hohen Anforderungen vermeiden.

Aluminium-Silizium-Legierungen mit einer Zusammensetzung entspreehend KS 1275 werden auch fUr Lagerbuchsen bei maBiger Belastung und Gleitgesehwindigkeit verwendet, z. B. fUr Steuerorgane, Nebenantriebe, Kolbenbolzenlager und ahnliehe Zwecke2.

Nach M. Kuhm2 konnen mit festem PreBsitz in den Lagerstuhl eingebaute Buchsen aus KS 1275 im unverguteten Zustand bis zu etwa 1700 beansprueht werden, ohne daB ein Loekern zu befurchten ist. Vergutete Buehsen mit hoheren Harten (groBer als 100 kg/mm2) behalten ihren Festsitz sogar bis zu Betriebstemperaturen von 210 bis 250 0 bei.

Fur die Legierung KS 1275 gelten folgende technologische Richtwerte:

a) unvergutet: Streekgrenze 18 bis 24 kg/mm2, Zugfestigkeit 20 bis 25 kg/mm2 und Brinellharte bis 95 kg/mm2.

b) vergutet: Streckgrenze 25 bis 30 kg/mm2, Zugfestigkeit 27 bis 32 kg/mm2 und Brinellharte 100 bis 130 kg/mm2.

Auch bei hohen Belastungen und groBer Umfangsgeschwindigkeit sind mit Lagerbuehsen aus dieser Legierung praktisch befriedigende

1 Deck W.: "Aluminium-Lagerlegierungen und ihre praktische Bewahrung". Techn. Rundschau, Bern, Nr. 41 u. 42 (1944). (Zit. nach M. Kuhm.)

2 Kuhm, M.: "Kolben und Lager aus Aluminiumlegierungen". Bericht aus dem Priiffeld der K. Schmidt GmbH, Neckarsulm.


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164 11'. Bungard/: Ll'giPrtmgl'n mit Aluminium oder ~lagJl( sillln.

Ergebnisse bei reic;hlicher Schmierung erzielt worden, \I'enn einige emfache Gestaltungsregeln1 eingehalten ,Y€l·den.

So sollen z, B. die Lagerbuchsen moglicbt ungeteilt Yenl-endet werden mit einer Wandstarke yon 0,08 D (D = Zapfendurchlllesser). Die :\Iindestwandstarke solI 2 bis 2,5 mm nicht unterschreiten,

Die vVelle llluB bei hohen Beanspruchungen gehiirtet sein. Be\\'ilhrt hat sich eine nach dem Doppelduro-Yerfahren gehiirtete \\'elle. \'orteilhafter ist jedoch die Anwendung einsatzgeharteter bz\\', nitrierter 'Wellen mit einer :\Iindestharte von 450 kg/mJ11 2 . Bei niedrigen Heans]lruchungen konnen auch vergtitete Wellen (Brinellharte :350 kg/111m 2 ) yel"\l'endet werden.

Der Oberflachenbeschaffenheit kommt fUr das GleikerhaHen eine ausschlaggebende Bedeutung zu. Empfohlen hat sich eine Lagerbearbeitung mit Dialllanten odeI' mit Hartmetallen: die vVelle wird an den Lagerstellen am best en geschliffen und gehippt.

Ein weiterer wesentlicher j<'aktor ist das I~agerspieL In Zahlentafel 2 sind fUr den Einbau yon Aluminiumbuchsen in Stahl- und Aluminiumgeha use Richtlinien ftir die Belllessung der Toleranzen hir Za pfeil und Bohrung angegeben, die fiir verschiedene Drehzahl bereiche das giinstig,.;te mittlere Lagerspiel ergeben.

Ftir OUo-:;\Iotoren mit Drehzahlen bis zu 4000 emdr.!Min. kann ah EinbauKpiel etwa 0,1 % + 0,02 nUll YOIll ZapfendurchlJ1e,.;ser im kalten Zustand genommen werden2 •

AuBel' yon del' Drehzahl, der Oberflachengtite von Lager und VVelle llnd der Betriebstemperatur des Lagers hangt das I~agerspieJ auch noch yon dem Ausdehnung:,.;yerhalten des Lagerwerkstoffs und der Lagerumgebung (Gehiiuse) ab, Am; dies em Grund muB z. H. beim Einbau yon Lagermetallbuchsen in Stahlgehausen das Einhauspiel groBer sein nls beim Einhau derselhen Huchsen in ein Alull1iniull1gehau~e (\'gL Zahlentafel 2). Bei Siahlstiitzschalenlagern ist im Yergleich zu Vollwandlagern ein kleineres Ein ba m;piel einzuhalten.

Ahnliche eutektische Aluminium-Siliziulll-Legierungen mit Zusatzen an Kupfer, Nickel und :\Iagnesium waren auch in dm, filT die Kriegszeit geltende deutsche i\ormblatt tiber AJuminiumlegierungen DIX E 1 i25 als Lagel'werkstoff aufgenonllllen (s. Zahlentafell, Xl'. -! und 5); sie sind in erster Linie in der Praxis als Austauschlegierung hir Bronzen Yerwendet worden.

fJ) Al7tminiumlagerlegiel'ungen mit A ntlmon, Eisen, .211 angan 11 ltd Nickel sowie Zusiitzen an Kupfer, Zink, "~1agne8iulll, Blei tmd Gmphit. Die Einschrankungen und Hegrenzungen, die bei del' Yenl'endung del'

1 Diese sind ausfiihrlich eriirtert bei: R. Sterner-Rainer.' Cber dell derzeitigcn Stand auf dem Gebiet der Leichtmetall-Lager. MTZ. l\Iotortechn. Zeitschrift Bd.3 (1941) Heft 8, S.259. - 2 Kuhm: Zit. S. 161.

L?gi,'rungsvorschliige. 165

harten eutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen zu beachten sind, gaben den AnlaB zur Entwicklung weicherer I~egierungstypen, die in Stiitzschalenlagern zur All\\'endung gelangten. Auch diese Entwicklung hat zuniich"t die altere Vorstellung tiber den giinstigsten Aufbau des L'lgenrerkstoffs libernommen, wobei die Legierungspartner des Aluminiums so ausgevviihlt wurJen, daB die Grundmasse moglichst weich und plasti~ch blieb. In struktureller Hinsicht sind diese Zu"iitze dadurch aU:igezeichnet, daB sie erstens in Aluminium nur wenig lOs1ich sind (um eine Hartung del' Grundmasse durch Mischkristallbildung auszuschalten) und zweitens mit Aluminium ein Eutektikum bilden, das moglichst nahe

Zrthlentafel 3. Kennzeichen del' Eutektika jur verschiedene Zustandsdiagl'amme anj Aluminiumbasis.

Grollte Entektischc Entcktische L6slichkeil Primar

XL Hy~tenl Z1l8<lmlllpn- Temprratuf bei lier ausgeschicdene setzung euteklischen Kristallart

Temperatur

1 Al-Ti 0,03% Ti 660 0 - Al3Ti 2 Al-Cr 0,60/ 0 Cr 654' 0,25% Cr AloCr ( ?) :3 AI-Co 1,0% Co 657 ~0,015% Co Al4Co (?) 4 AI-Sb 1,1% Sb 657 0 <0,10% Sb AISb 5 AI-Fe 1,9% Fe 654 0 <0,06% Fe Al3Fe 6 AI-Mn 1,95% Mn 659 0 0,65% Mn Al7Mn 7 AI-Ni 5,7"10 Xi 640"

I 0,05% Xi Al3Xi

8 AI-Si 11,7% Si 577° 1,5"10 Si Si

an del' Aluminiumseite des entsprechenden Zustandsschaubildes liegt. Von den in del' Zahlentafel 3 aufgefUhrten Elementen, die diesel' Forderung entsprechen, haben Antimon, Eisen, :\langan, Xickel und Titan praktische Bedeutung erlangt.

So ist z. B. yon R. Sterner-Raineri und C. Steiner2 eine AluminiumAntimon-Legierung mit 6 bis 8 % Sb yorgeschlagen worden, Zahlentafe14, Nr. 6, deren GefUge aus primiir ausgeschiedenen, nadelformigen Aluminium-Antimon-Kristallen in weichel' Grundmasse besteht. 1m GuBzustand besitzt diese Legiernng eine Brinellhiirte yon 40 kg/mm2•

Xach Beobachtungen yon G. Fischer3 sollen die nadeligen Primarkristalle in del' Grundmasse nicht fe"t yerankert sein. Sie neigen ferner in feuchter Atmosph,'ire zum Zerfall, wobei Korrosionsprodukte mit einer gewissen Saugfiihigkeit fUr 01 entstehen1 .

Diesel' ,yeiche Gleitlagerwerkstoff wird wegen seiner niedrigen Elastizitiitsgrenze nur in Verbindung mit einer geeigneten Stlitzschale angewendet. Sterner-Rainer gibt hierflir zwei Losungen: Durch eine be-

l Sterner-Rainer, R.: Jahrb. Dtsch. Luftf. Forschg. (1937) S. 221; s. a. Aluminium Bd. 24 (1942) S. 73 und DRP 706654.

2 Steiner: Zit. S.159. - 3 Fischer, G.: Luftfahrtforschg.: Bd. 16 (1939) S. 1.

loG rr. 8ungardt: Lcgienmg(,ll mit Aluminium od('r l\iagtlPsiulll.

,;ondere Yerhllndglli.ltechnil( \I'erden z. B. die feRte c~I\llllillilllll-8ilizi\llll

Legienlllg "KS 2S0" - ab Stiitz,;chale - lind die weiche ~\lul1lini\llllAlltinlOll-Legienmg "K8 1:3" - als Gleitlegierllng mit guter Bindung -zu einer Yerhund,;chale yereinigt. - Eine z\yeite ~lOglichkeit he,;teht darin, die Legierung "K8 B" im 8trangprei.lyerfahren als Innenplattierung, et\\,H auf ein Duralulllinrohl', aufzubringen. Die Hiil'te\l'erte eine" denntigen YerhundlagerR hetragen 6+ kg/1111n2 und in del' Lauffliiche 27,S kg/111m2. ::\ach del' Aushiirtung erreicht die 8tutzschale eine Hiirte yon 123 kg/nIl1l2, ohne daB die Harte del' Laufschicht mit 28 kg/111m 2

sich geandert hat.

Zahlentafel4. Lrgierungsvorschliige. Hauptlegierungselemrnte Sb, Fe, Jill nn I Xi. Zusiitze an Cn, Zn, "lig; ferne I' Pb lind Graphit.

C\"f. I BC'zcichnnng

I Chemi.::.che Zll~alllnlf'n~etzung in % Yerwendungil.fornl. (Rt'st in allpll F~illen ~'\ll1111ininm) llnd 'l.ustanLl

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KS411 1,2% Fe; 1,20/" l\fn; 1,0% i-lb; O,:3"1oTi; I Yerbindung mit

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!J Leg. 40 (Z) G,5"1o ~i; O,5%'l'i Gefiigebeschaf-

]() Leg. 40 6,00/ 0 Fe ferner: fenhcit, d. h.

8.0% eu; 8,0"10 Zn ~ GroBe und Ver-

l! Leg. 6i 5 bis G% Fe ferner: I tcilung der Pri-

mill' kristalle Hi r 15% eu J Gleitverhalten

wiehtig

J2 BOl'otal Z 7 20/ 0 Fe; ferner: Vollschale :3 bis 4% Cu; < 3"10 Zn; <:3"10 Pb Gul.lwerkstoff lind 0,1 % Graphit

1:3 Borotal 2°:/0 }-'e; ferner: Vollschale D4 unci D5 :3bis4%Cu; <:3"10 Pb undO,l% Gra- GuBwerkstoff

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14 Borotal 2° Fe' /0 , ferneI': Vollsehale FZ lia < :3% Pb und 0,1% Graphit GuB- und Knet-

werkstoff

Das Verbundlagel' "K8 13" - "K8 280" hat neben giim;tigen Priif,;tand"erfahrungen ~ich auch illl praktiflchen Betl'ieb, z. H. illl ~Iercede~Benz-vVagen (Typ 2\)0,681'8), bewiihrt. Cute Erfahrungen wmden anch in einem +:5 P8-Wandel'er-Wagen gemacht, dei'iRen Leichtllletall-Lagerung trotz ahsichtlich schlechter 8chmierverhiiltnisse nach 10000 kill Fah]'weg nul' eine geringe Ahnutzung aufwieR. ::\ach Steiner sind ferner

Legierungsvorschlagc. 167

im Lastwagendieselmotor mit diesen Verbundlegierungen befriedigende Versuche gemacht worden.

Eine weitere Losung fiir das weiche Aluminiumlager stellt die Legierung "KS 411" dar, Zahlentafel4, Nr. 7; sie enthalt neben geringeren Antimongehalt.en als "KS 13" kleine Zusatze an Eisen und Mangan als Hauptlegierungsbestandteile. Die Legierungszusammensetzung ist durch giel3technische Erfahrungen bestimmt worden, wonach eine gleichmal3ige Verteilung der Schwermetallaluminide und ihre Kornfeinung besser gelingt, wenn gleichzeitig mehrere Schwermetalle III

kleinen Mengen bis zu 2 % vorhanden sind l .

Legierungen dieser Art mit einem Gefiige gem~i13 Abb. 116 besitzen bei einer

Abb. 116. Gefftgeaufbau der Legierung "KS 411", 100 x

geringen Harte von 30 bis 40 kg/mm2 (Zugfestigkeit : 11 bis 14 kg/mm2)

gute Gleiteigenschaften; sie sind zur Einbettung schadlicher 01-verunreinigungen befiihigt.

Die praktische Anwendung der Legienmg "KS 411" ist in folgender Weise moglich2, 3:

1. Als Zweimetallager mit einer Stiitzschale aus einer festen Alullliniumlegierung. Die Lagerlegierung wird in diinner Schicht durch einen Walz-, Schmiede- oder Prel3prozel3 aufgebracht, wobei eine feste Bindung beider Werkstoffarten erreicht wird. Die Anwendung dieses Verbundlagers empfiehlt sich besonders beim Einbau in Leichtmetallgehause; wobei Gehause und Stiitzschalenlegierung moglichst gleiche Ausdehnungskoeffizienten besitzen sollen. Die Dicke der Gleitschicht solI etwa 6 bis 8 % des Zapfendurchmessers betragen; als untere Grenze sind 4 bis 15 mm einzuhalten. Derartige Verbundlager haben in Otto-Motoren gute Ergebnisse erbracht ; ihre Rewiihrung in den Lagern von Dieselmotoren mul3 noch nachgewiesen werden .

2. Ka,nn die weiche Lagerlegierung auch auf eine Stahlstiitzschale durch ein geeignetes Verfahren aufplattiert werden. Hierbei ergibt sich

1 DRP 384875; s. a. Aluminium Ed. 24 (1942) S.277, 2 Kuhm: Zit. S.161. - 3 S. Fuf3note 1 S,164.

16S W. Bunga,rdt: L('gi('rung(,rl mit Aluminium odt'f Magnl'Biulll.

eine Kombination, die II'egen del' hohen Festigkeit del' Stahlstiitzschale hetionders fiir diinnwandige L,lger:->ehalen , z. B. Pleuellagel', geeignet ist . Alich fiir den Einba,lI in Stahl- odeI' GrauguBgehilu,.;en empfiehlt "ieh die

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An wend Illlg dieses Verbundlager,.;. AJ,; zlIliiKsige Dicke fur die Gleitsehieht wer-den heiAn\\'endungin Otto-Motoren :2 111111

genannt. Die,;e l"'lger<LJ't is t berei ts in au,;gedehntelll N[aBe prakti tieh erproht worden; s le ha t Aml'end llllg gefunden als Pleuellager ill }<'ord -~1()toren.

Fiir die Herstel-Abb. 117. Gefiigeaufbau der Legierung 8 (Leg. 40), 100 x

hlllg yon Bundlugern del' KOIll hination : Stahlstiitzseha le-Aluminiulllgleitsehicht simI die Plattierungssehwierigkeiten noeh nicht iibennmden .

:3. 1st es aueh \loch moglieh, ein AluminiuJUverbulldgu BIageI' dad l1l'ch herzustellen , daB die Alu mi iliulllglei tlegierung mit e ine r festen _,\1 U III i niullllegiern ng ,ti s Stiitzsehale zu-,.;<Lllllll en wird.

verg0,.;sen Hei diesen

]~ 'lgern ';011 die Dicke del' Gleitschicht wenig,;tens fi 111111 betmgen. Jhre HersteHLIng ist sehwierig

ill)h . lIB. Gefligctlufb[\u der Legil'rung fl , 100 x

und setzt grol3e prukti:-;ehe ErfahJ'llng Yoralls. J .. ·tger diesel' Art 1\1 Dieselmotoren mit Erfolg angewendet worden.

Verhundhtger mit einer \\'ei eben Gleitsehieht erfordel'll ZUllI eil1lnmdfreien Betrieh ebenfalb Oberfliiehen-gehilrtete Wellen. Eine Endhearbeitung del' Gleitfliiehen lllit Diamanten odcl' Hartllletallen ist l1otll'emlig;

Lpgierungsvorschlage. 16H

eben so empfiehlt es ,.,ich Wellen und Zapfen <tn den Lagerstellen durch eine Feinstbeal'beitung mittels Schleifen und lAppen vorzubel'eiten.

FUr diese L~tgel' hat ,.,ich ein 01 mit flachel' Viskos:tiitskul've gut bewiihl't. Die ViskositiU soll bei 50° etwa 10 und bei 100 ° I'd. 2,2 Englel'grade betragen.

Eine weitere Gruppe von AluminiumL:tgerlegierungen, die in Zahlentafel 4 unter Nr. 8 bis ] 1 aufgefiihrt ist, geht auf Entwick-lungs<trbeiten von H . Steudel 1 und H. WiechelP zurUck. Abb. 119. Gefiigeaufbau der Legierung 10. 100 x Diese Legierungen haben hohere Eisen- bzw. Nickelgehalte mit teilweise betrachtlichen Zusiiizen an Kupfer und Zink zur Steigerung del' Festigkeit. Die

Legierungen S und ~ haben Hiirtewel'te etwa zwischen 40 und 1)0 Brinelleinheiten. Flir die L 3gierungen 10 und II Iiegen die Hiirtewerte zwi ~.chen

90 und 80 kgjlll1l1 2•

In den Abb . 117 bis 120 ist das Gefiige del' lItgerlegiel'llngen 8 bis 11 d<tl'gestellt.

Abb.120. Gefligeaufbau der Le~ierung 11 (Leg. 67), 100 x Die Ahb.l:2J lind 122 geben eine Obel'

sicht libel' die Zug- und Dl'ucldestigkeit sowie die Warlllhiil'te diesel' Legiel'ungsgruppe illl Vergleich zu anderen bekannten lftgerlegierungen.

Die Legiel'llngsgruppen 8 und 9 bzw. 10 und 11 sind verschieden hoch belastbal'. Nach Gleitversuchen (in del' J~agerprliflllaschine nach Junker,,)

1 Steudel, H.: Luftf.-Forschg. Ed. 13 (1936) S.61. 2 Wiechell, H.: Autom.-techn. Zeitg. Ed. 40 (lH37) S.235,


bei Vollschalen am; Legierung 8 traten bei Gleitge:schwindigkeiten yon mehr als 40 m/sec. unzulassig starke Abnutzungen auf, so daB H. Ste'udel flir dieHen ~'all die Anwendung der harteren Legierung II empfohlen hat.

H. Wiechell hat darauf aufmerksam gemacht, daB die Bearbeitung und das GIeitverhalten von eisenreichen Aluminium-Lagerwerkstoffen von der Ausbildung und der Verteilung der Primiirluistalle in der Grundmasse beeinfluBt werden. Das ist insofern wichtig, als beim VergieBen dieser Legierungen durch Seigerungen Ieicht ein ungiinstiger Ge

kg/mmz 20r----,-----,-----,-,

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fUgeaufbau mit graben FeAI3-

I !{S280 ~

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Anreicherungen entsteht. Diese Legie-I /18rucn i

15 1 '/zg51 -1 . I i

rllngen verhtngen daher eine be:::;ondere

o 0,2 o,*, 0,0% OeMung

g *' Sfoucnung /J %

Abh. 121. Statische l<'estigkeitsuntersuchungen (his 0,6'/, Dehnung Ulll! 7'/, Stauchung) der A!uminium-Lagerwerkstcffe Lg. 8 und Lg. 11 im

Yerg!eich zu anderen Lagerwerkstoffen. (Naeh H. Stfudel.)

GieBtechnik, llli)glich~t in

Verbindung mit kornverfeinernden ZuHiitzen. AIHgiinHtig hat sich fUr die LagerIegierung 8 eln licher

zu:::;iitzVer-

schmiedungsprozeB erwie

Hen, wobei die primiir ausgeschiedenen FeAI3-NadeIn zerkleinert und gIeichmaBiger in der Grundmas:se verteilt werden. Hin Vergleich der GefiigebiIdeI' 117 und 123 zeigt den ErfoIg dieser MaBnahme, die gleichzeitig auch eine VerbeRHerung des GIeitverhaltens bewirkt.

Der harte L-:tgerwerkstoff Nr. II ist nicht schmiedbaI', so daB einer geeigneten Lenkung des ErstaI'I'ung,mbIaufes besondere Bedeutung zukommt; als vorteilhaft hat sich eine beschleunigte Erstarrung del' I .. egierung erwiesen.

In tTbereinstimll1ung mit Priif:::;tandserfahrungen haben sowohl Lagerbuchsen als auch geteilte Lager aus der weicheren Legierung Kr. 8 bei niedriger Belastung, Lagertemperaturen unter 100° und Druckiilschmierung ausreichende HetriebsHicherheit gezeigt. H. Wiechell nennt fiir diese Legierung eine Grenzbelastung von 150 kg/cm2 und eine hochste

LC'gipru ngsvorschlagc. 171

Lagertel1lperatur von 100° C. Hohere DrUcke als etwa 200 kg/cm2 verursa chen plastische Verformungen. Das gute Gleitverhalten del" Legierung 8 bleibt erhalten, wenn die Lageroberflache gescha bt kg/mm.2

wird. 1m Gegensatz zu del" weicheren :Legierung 8 wird das Gleitverhalten der Legierung 11 durch Einschaben der Laufflache etwas versch lechtert ; jedoch soIl ihre Oberflachenelllpfindlichkeit nicht so graB sein, daB Druckstellen odeI' Schiiden nicht mit dem Schaber ausgebessert werden konnen 1.

Beide Legierungstypen haben sowohl gegen vergiitete ab auch oberfliichengehiirtete Wellen gleich gute Gleiteigenschaften.

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(J 1(JO !emf/em/ur

2()(J

H. Wieehell weist ferner <wf die Bedeutung des Lagerspiel:-; hin und gibt als Beispiel fiir eine Welle mit 65 llllll DIllI'. bei einer Gleitgeschwindigkeit

Abu. 122. Warlllharte einigcr TJciehtmetall-Lagcrlegierungen im Vergleich Zll andcren Lagcfwerkstoffcn.

(Xachlfl. St'ur/et.)

Abb.123. Gefligci\nfbau cler Lcgic[nng 8 (Lg 40) nach <lem Yerschmiedcn. 100 X

zwischen 7 und H

Ill /sec. ein radiale~

Einbauf;piel von wenigstens 1/ 10 I11Ill an.

Gro13ere pmktische Bedeutung ha,t lediglich die weichere 1,egierung 8 erlangt ; f;ie ist z. B. in Junker,.;Flnglllotoren zur J.·tgerung von Nockenwellen nnd Nebena ntrieben verwendet worden 2.

1 Steudel: Zit. S. 169. 2 Olilberg, S. u. '1 '. M. Ball: Design Features of the Junkers 211 B Aircraft Engine. S. A. E.-Journal Vol. 50 (1942) S.465/48:3.

·c

I i2 W. Bungardl: IpgiPl"ung('n mit Aluminium odpr Magnpsium.

hur Yerbe""erung der Gleiteigensehaften von Aiumillilllll-L:lgt'rlegierungen sind aueh Grnphitzusiitze vorgesehlngen und praktiseh erprobt worden. Zahlentafel 4 enthiilt drei graphitierte AiuminilllllL'lgerlegierungen (Nr. ]2 bis ]+, Horotal), die auBer einem verhiiltni,,miiBig niedrigen Graphitanteil von 0,1 % hohere ]~isengehalte und zm Hiirtung der Grundmasse untersehiedliehe l\Iengen an Kupfer und Zink enthalten; uueh Blei hi" zu :3 % kOllllllt in ihnell VOl".

Dureh die Umphitzugabe ;.;011 in erster Linie das Kotlaufverhaltell der Legierung verbessert werden. Eo; wird angenommen, daB bei einer 8tiirung der Olzufuhr die in der Legierung verstrellten Gra phitnester, die c;chwalllillartig an 01 angereiehert sind, die 8ehlllierung eine Zeitlang ii berneh men kiinnen.

Die :Festigkeit und Harte der verpreBten Borotal-L?gienmgen 12 bi" 1+ schwanken 111ll folgende Werte: ),"1". 12, Borotal h 7:

hllgfe,;tigkeit ~ 17 kg(lmn2; DrllCkfe:itigkeit ~ Ion kg/nIl1l 2 .

),"r. I:{, Boroial 0 J:

~ 62 kO-!nlln 2 . Hiirte c"""!, ,

hllgfestigkeit ~ 1;5 kg(nll112; Drllckfe"tigkeit ~ 57 kg!Il1111 2 ; Hiirte ~ 7f) kg/nllIJ2.

Nr. ] +, Borotal PZ 17 a: hllgfestigkeii ~ IJ,;5 kgjn 11 11 2 ; Dmckfestigkeit ~ :3;") kg/Ill III 2 ; Hiirte ~ :30 kg/nlln2.

Am; der Hilrte ergaben sieh die Anwendungsbereiehe: Die harte L3gierung Nr. 12 i,;t am hiiehsten belastll<u, wii hrend die weichere L~gierllng I;~ fiir geringere meehanische Anforderungen geeignet ist. Der weich"te ]"lgerwerkstoff .xl'. J.t findet vorzugsweitie fUr kleine und kleinsteLager Anwendllng. 1'ber die J.3istllngsfiihigkeit der Horotal-Legierllngen liegell nur wenige Angabell vor. Praktisch befriedigende Ergebn ic;"e soli d it' Legierung 12 (Hiirte: 70 kg/Ill m 2) in einem Dieselmotor (WellendurchInesser: ]70 mm) geliefert hahen 1. Genauere Angaben iiber diesenLegierung,.;typ, die insbesondere den 'Torteil des Gmphihusatzes eindt'utig erkennen las~en, c;eheinen illl Sehrifttulll nieht vorhanden Zll sein.

Die }Jallpt~chwierigkeit des graphitierten Alulliiniumlagerc; Iiegt in del' Erzidllng einer gieichllliif3igen und feinen Verteilnng des Umphit,.;. Ahh. 124 zeigt die Uraphitxerteilung in deI' Grundlllasse, \\"enll er llllmittelbar yor dellJ YergieBen in die Aluminiumtichmelze eingeriihrt win!. Zusammen mit (hydhiiuten entstehen normalerweiHe ungleichllliWig yerteilte Einsprengsel yon yerschiedener GroBe. Zllr Verbesserllng der Graphiherteilung sind yersehiedene VeI"fahren in Yorschlag gehraeht

1 Techn. Z. prakt. Mptallbearb. Ed.4i (19:3i) ~r. 19/20, ~. 7:3i.

LegierungsvorRch lage. 173

worden, die aber eine vollstandig befriedigende Losung dieses Problems nicht gebracht haben 1. Eine befriedigende Erfiillung dieser Forderung ist gieBtechnisch aIle in kaum Illoglich; sie wird nur in Verbindung mit einem Knetvorgang zufrieden-stellend erflillbar sein.

In einem Versuchsbericht der Karl Schmidt GmbH., Neckarsulm 2, wird gezeigt, daB eine pulvermetallurgische Verfahrenstechnik Aussicht auf Erfolg bietet.

In dieser Untersuchung wird ausgegangen von Spanen au, Reinalulllinium und del' Legierung KS 13 (s. Zahlentafel 4), denen 1 bis 2 % Graphitpulver zugemischt werden. Das Gemenge wird zunachst in Spindelpressen zu Zylindern verdichtet, gegebenenfalls zur Verbesserung der Graphitverteilung nochmals zerspant und erneut verdichtet und schlieBlich in einer Strangpresse zu Bandern ausgepreBt. Abb. 125

Abb. 124. Ungleichm,Wige Verteilung dco Graphitsim Gui.lzlIstand . (NachKarl Schmidt

GmbH. , Neckarsulm.) 100 x

z.eigt die Wirkung dieser MaBnahme am Beispiel einer Legierung mit rd. 2 % Gmphit (Harte: 40 kgjmm2). Derartige Bander liel3en sich ohne Schwierigkeiten auf eine Aluminium-Kupfer-Magnesium-Knetlegierung durch Walzen mit einwandfreier Bindung aufplattieren .

Mit HiJfe dieser Technik gelingt es, hohere Graphitmengen in gleichmaBig feiner Verteilung in den Aluminiumwerkstoff einzuftihren , als durch Einrlihren in die schmelzfllissige Legierung moglich ist . Charakteristisch ist z. B. folgende Analyse eines graphitierten Gleitlagerwerk-

1 Vorschlage zur Einriihrung von Graphit in Aluminiumschmelzen finden sich z. B. an folgenden Stellen: Englisches Patent Nr. 495511; DRP Nr. 528127 u. DRP 384266. - All diesen Patenten liegt der gemeinsame Gedanke zugrunde, die Benetzbarkeit zwischen dem eingeriihrten Graphit und der Aluminiumschmelze zu vergrol3ern, die wegen der yom Graphit bzw. im Graphit gelOsten Gasmengen an sich schlecht ist. Dies wird dadurch zu erreichen versucht, daB der einzuriihrende Graphit entweder vorher in B1eiacetat getrankt wird oder vorher mit feinen Metallspanen zu eincm Prel3korper vereinigt wird, oder schliel3lich auch in die breiartige Schmelze eingebracht wird .

2 Laborbericht Nr. 145 der Karl Schmidt GmbH, Neckarsulm, yom 8. 2. 1939: "Lagedegierungen aus graphitiertem Aluminium"; B.a. Aluminium, Bd.26 (1944) Nr. 4, S. 69 u. DRP 742850.

174 W. Bungardt: Lcgicrnngcl1 mit Aluminium odor Magnesium.

stuffs: 5,67% Sb ; 1,9% Fe; 0,38 % Si, 0,08% Mn; Spuren Mg; 0,H3% Graphit; u'est AI.

Eine groBere praktische Anwendung hat diese Herstellllngstechnik hiOiher noch nicht gefllnden. Die Hrauchbarkeit dieser AluminiulIllegierung wurde mit einer VersuchslagerOichale nachgewiesen, die au" plattierten Biindern fUr den Wanderermotor gefertigt worden war und im Priif~tandversllch hei ]9stiindiger Dauer, davon ]6 Stunden unter Vollast, ein giinstiges Gleitverhalten ergab.

y) Al'umini1lmlegierungen mit Kupfer, ]lagnesium, Zink unit 1reiteren Zusiit.:::en an Silizium, Eisen, Mangan, Nickel, Titan 1,lnd kleinen BZei

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Abu. 125. GlcichmiiJ3igc fcine Verteilung des Graphits im verpreutcn Zustand. (Nach K.arl Schmidt GmbH,

Neckarsulm.) 100 x

gehalten. Eine weitere Werkstoffgruppe ist von M. Frh. von Schtcar::: 1 - 3 elllpfohlen worden; e,.; sind die sogenannten "Quarzale", die in Zahlentafel 5 linter Nr. ] 5 angegehen sind. Bs handelt "ich bei diesen Gleitlagerwerkstoffen umnahezu biniireAluminiumKupfer - Legierungen mit kleinen Znsiitzen ,W Bi~en bzw. Mangan (~ 1 %) und einer geringen Zu

gabe an }lagnesiulll (~ 0,5 '/0), Ul1l die Legierullg aushiirtbar zu machen.

Die technisch bedelltsamste diesel' Gleitlegierungen ist del' Werkstoff "Quarml 5" mit rd. 5 % Kupfer.

Das Gefiige die,,;er Legienmg hesteht aus Mischkristallen und mit

zunehmendern Kupfergehalt wachsenden Mengen an eutektischen KOl'ngrenzeneinlagerungen, deren CuA12-Kolllponente als harte Tragkristallart wirkt.

Je nach del' Hohe des Kupfel'gehaltes schwankt die Hiirte del' "Quarzale" zwischen 35 und etwa 100 kg/ l1lJn2. Die weichste Legiel'ung Q 2 (SandguB) hat eine Brinellharte von 35 bis 40 kgjmm2, wahrend QlIarzal5 (SandgllB) Hiirtewerte zwischen 55 und 65 kg/rnm2 hesitzt.

1 v. Schwarz, M. Frhr.: Z. Metallkde. Ed. 28 (1936) Nr. 9 S.272. 2 v. Schwarz, M. Frhr.: Z. Metallkde. Ed. 28 (1936) Nr. 5 S. 128. 3 v. Schwarz, M. Frhr.: Metallwirtsch. Bd. 16 (1937) Nr. 31 S. 771.


M. v. Schwarz pruft die Eignung seiner Legierungsvorschlage in der von ihm entwickelten Lagerprufmaschine und leitet aus den bei verschiedenen Drucken und Gleitgeschwindigkeiten gemessenen Reibungswerten und Beharrungstemperaturen eine gute Eignung der " Quarzale"

Zahlentafel 5. Legierungsvorschliige. Hauptlegierungselemente Cu, Mg und Zn; jerner Zusiitze an Si, Fe, Mn, Ni und Pb.

Nr. Bczeichnung Chemische Zusammensetzung in 0/0 Verwend ungsfonl1 (Rest in allen Fallen Aluminium) und Zustend

15 I Quarzal 2 hi, ""to eu, f,rno" ~ '" h I Kleinzusatze an Schwermetallen; GO BSC adeK

I Kl' Z·· t E . I . u - un net-eme usa ze zur rZle ung emes k ff Vergutungseffektes (Mg) wer sto

16 DIN E 1725 3,0 bis 4,5% Ou; 0,4 bis 1,5% Mg; 0,3 ) (Juli 1943) bis 1,5% Mn;

AI-Ou-Mg-Pb Hochstzulassige Beimengungen; VollschaIe 1,0% Si; 1,0% Fe; 0,7% Zn; 0,3% Ni;

ferner: und Buchse

Pb+Sn+Od+Bi: 0,5 bis 2,0%; Ki, Bi. Knetwerkstoff

Od und Sn durfen nicht zuIegiert werden

17 DIN E 1725 4 bis 7% Ou; 4 bis 7% Zn; bis 1,5% Si; (Juli 1943) bis 1,2% Fe; bisO,3%Ni; bisO,6%Mn;

UG-AI-Zn-Ou85 bis 0,4% Mg; bis 0,4 %Pb; bis 0,2% Sn; mind. 85% AI } V olIschaIe

18 DIN E 1725 2 bis 4% Ou; 4 bis 6% Zn; bis 1,5% Si; I GuB~,k"Loff (JuIi 1943) bis 0,9% Fe; bis 0,3% Ni; bis 0,6% Mn;

U G-AI -Zn-Cu 88 bis 0,3% Mg; bis 0,3% Pb; bis 0,1% Sn; mind. 88% Al J

19 RR56 1,5 bis 3,0% Ou; 0,4 bis 1,0% Mg; l GuBwoobtuff ferner: ~ 1,0% Si; 0,8 bis 1,4% Fe; 0,5 bis 1,5% Ni; 0,02 bis 0,12% Ti

19a Alugir 3,0% Ou; 0,8% Zn; ferner: } GuBwerkstoff 1,0 bis 1,5% Xi

fUr den Gleitlagerbau abo Auch diese Legierungen haben wie die meisten Aluminium-Gleitlagerwerkstoffe verhaltnismiiBig gunstige Reibungsziffern. In Abb. 126 sind einige Versuchsergebnisse von M. V. Schwarz fur die Legierung "Q 5" dargestellt.

Die" Quarzale" sind gegen Kantenpressung sehr empfindlich. Auch das Einlauf- und Notlaufverhalten dieser Werkstoffgruppe liiBt bei

176 Jr. Bungardt: Legiernngcll mit Aluminium oder :\Iagnesiull1.

hoher-en Belastungen zu ,dinschen iibrig. Dieser Legierung,.;typ i"t o<chlieBlich a uch nicht in der L'lge, Olwrunreinigungen uno<chiidlich zu

machen. l'lll die Empfindlichkeit gegen Kantenpressung zu yermindern,

schliigt v. Selma}':: konstruktive :\IaBnahmen Yor; so solI z. B. die Liinge des Gleitlagers nur etwa 3/4 des Wellendurchmesser,.; betragen. Empfehlens"oert ist ferner ein balliges Abdrehen del' Laufzapfen und gute Kantenabrundung, die schon Steiner l erwiihnt hat.

Fiir das einzuhaltende Lagerspiel gibt v. Selncarz folgendes Erfahrungs beispiel : }1~iir einen Fahrzeugdieselmotor (1 Zylinder und 515 PS Motorleistung, Umdrehungszahl 1600 bis 2000 je :\Iinute, Wellendurchmesser 85 mIll, Lagerschalen liinge 65 llllll) ist ein Spiel von rd. 0,1 Jllm 1111 Durchmesser und in der lAnge einzuhalten.

Bntscheidend

mO,----,--~~~-.c~~~~-r----1 0C !lOkg/cmJ 7,22m/sek 90 ° .L_r-- ~ .. -

fiir die Bmviihrung ist ferner eine gute

Allb. 12u. Temperatnr UIHI Reilnmgswerte del' Legierung "Q 5". O;.eh 211. v. Schwarz.)

Schmierung; bei hoher Belastung soll Dl'uckolschmierung angewendet werden.

Der YerschleiB diesel' L'lgermetalle ist praktisch bedeutungslos.

Cber die Obermichengiite yon Lager und Welle VOl' dem Ein bau fehlen Angaben; es darf als sichel' gelten, daB nur eine Feinstbearbeitung ein eimmndfreies Einlaufen gewiihrleistet.

::\1it Quarzal-Lagerlegierungen - yornehmlich yon del' Zusammensetzung del' Legierung "Q 5" - sind bisher an folgenden Stellen giinstige Erfahrungen gemacht worden: im Pleuellager von Zugmaschinenmotoren, in schnelIaufenden Lashmgendieselmotoren, in Lagern von Elektrolllotoren, in Schleifspindellagern und Nockenwellenlagerungen in Yerbrennungskraftmaschinen.

AuBel' den Quarzal-Legierungen sind auch noch andere kupferreiche und hinsichtlich ihrer sonstigen Zusammensetzung recht komplexe Alullliniumlagerlegierungen, von denen in Zahlentafel 5 einige Beispiele aufgefiihrt sind, zu Gleitlagerwerkstoffen yorgeschlagen worden. Z. B.

1 8tpiner: Zit. R. 159.

8/JO °C

700


sollen nach DIN E 1725 (Zahlentafel 5, Nr. 16) fUr kleine Beanspruchungen bleihaltige Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierungen brauchbar sein. Sie ahneln in ihrer Zusammensetzung den bekannten Automatenlegierungen auf Aluminium-Kupfer-Magnesium-Basis mit Blei als spanbrechendem Zusatzl.

Die weiterhin aufgefUhrten Umschmelzaluminiumlegierungen Nr. 17 und 18 mit harten und weichen Einlagerungen in einer geharteten Grundmasse sind ebenfalls dem Normblatt DIN E 1725 entnommen.

Atom- % Pb 10 20 30 I/O 50 7090

I

I x (iw]er I I , I , I

I I ZSclimelzen

5600 I 658:t aso : --------'-~ I

xx »0<,')( X

I

At tflussiges Pb I

I I -- --~

J270 I

BOO oC

700

500

'100

: I : x fiwyer ,

~ • 5 x_ -x

Atom-%Cd 10 20 30 IfO 50m 8IJ

I I I I" I

I

ZSclimelZen

5'1go x x-x

I

I Al tflussiges Cd

1)(O<-x-x---x--x--x--.. JOO 'I J2E.. r I

7'x--x I-x J2ZO x mo.': 300

At 1- i (2 JClikTenJ

2000 M @ m 8IJ ~ At (jew.- %Pb Pb

Abb.127. Zustandsschaubild AI-Pb.

20

At 1-1 Cd, (ZScYhfenJ

IfO 5/J aew-%Cd

8IJ

Abb. 128. Zustands~chaubild AI-Cd.

100 Cd

Ein wei teres Beispiel stellt ferner die bekannte Rollce-Royce-Legierung RR 56 dar, die auch mit Erfolg verwendet worden ist2•

b) Aluminiumlegierungen mit Blei, Zinn, Kadmium und weiteren Zusatzen an Eisen, Mangan, Nickel, Kupfer, Magnesium und Zink. Wir wenden uns nun Legierungsbeispielen zu mit weichen, niedrigschmelzenden Gefiigeeinlagerungen. Der GefUgeaufbau dieser Legierungen ahnelt demjenigen der Bleibronzen, bei denen bekanntlich ebenfalls weiche Bleikristalle in einer harteren Kupfergrundmasse eingelagert sind. Ein Unterschied besteht jedoch insofern, als sie neben weichen GefUgebestandteilen meist auch noch absichtlich groBere Mengen an harteren Gefiigekomponenten aus intermetallischen Verbirtdungen enthalten.

Es gibt eine Reihe von Metallen, die mit Aluminium die strukturelle Voraussetzung dieser Legierungen erfiillen; hierzu gehoren Blei, Zinn, Kadmium, Wismut,

1 Vgl. hierzu: E. Herrmann: Techn. Z. prakt. Metallbearb. Bd. '47 (1937) Nr. 21-22, S. 797. - 2 Hinzmann, R.: Z. Metallkde. Bd.29 (1937) S. 158.

12 KUhnel, Gleitlager. 2. Auf!.


Indium und Thallium, von denen bisher nur Blei und Zinn und in geringerem Malle auch Kadmium praktisch bedeutsam geworden sind. Die Elemente Blei (Abb.127) Kadmium (Abb.128), Wismut, Indium und Thallium sind im fliissigen Aluminium nur beschriinkt loslich. 1m festen Aluminium sind sie nicht oder wenigstens nahezu unliislich. Zinn, das mit Aluminium homogene Schmelzen in allen Mischungsverhiiltnissen bildet (keine Mischungsliicke mit fliissigen Komponenten; Abb.129), bildet mit Aluminium ein Eutektikum mit 99,50/ 0 Sn, das bei 229 0 schmilzt. Zinn ist in festem Aluminium nur wenig loslich; bei der eutektischen Temperatur von 229 0 ist die Loslichkeit kleiner als 0,010/0' Sie nimmt mit steigender Temperatur etwas zu und erreicht bei 510° rd. 0,060/ 0 Sn.

Die metallurgische Beherrschung von Aluminium-Bleilegierungen ist wegen der beschriinkten Loslichkeit im fhissigen Zustand und wegen dey

700 DC 600

200

Atom-%Sn to 20 JO fI{) 5060 7f}Sf}9f}

t-- JchJ~/ze ,

ZI!O-~ -

ScfIme/ze fAt !Etj"" \ I \

'liJ '-_ 2290 58 a. 99 :1° i 212° ew-OfoSn

Z

I ALt~ll. I i g~

to 2/J JO fI{) 50 50 70 80 gO too 6ew.-%Sn Sn

Abb.129. Zustaudsschaubild AI-Su.

groBen Dichteunterschiede z,,,ischen Aluminium und Blei schwierig. Es gelingt auch unter gtinstigen

Ers tarrungs bedin gungen nicht, hohere Gehalte als etwa 3 % Pb in gleichmaBig feiner Verteilung im GuBblock zu erzwingen. Nach Versuchen yon G. Schmid und L. Ehret! ist dies moglich, wenn die Schmelze mit Ultra schall wellen behandelt ·wird. }Iit Hilfe

dieses Verfahrens konnen wahrscheinlich brauchbare Aluminium-BleiLagerlegierungen mit hoheren Bleigehalten, wie sie z. B. W. Claus2 vorgeschlagen hat, hergestellt werden.

Bleihaltige Lagerwerkstoffe mit Antimon, Mangan sowie mit und ohne Zinn sind seit langem bekannt; ihr hervorragendster Vertreter ist die walz- und preBbare Legierung "Alva 36", deren Zusammensetzung Zahlentafel 6 unter Nr. 20 angibt. Offen bar sind zinnfreie und zinnhaltige Legierungen dieser Art nebeneinander im Gebrauch; denn E. Vaders3, 4, der dies en Aluminiumlagerwerkstoff beschrieben hat, erwahnt nur den zinnfreien Typ, wahrend eine spiitere Veroffentlichung5 die zinnhaltige Abart mit der unter Nr. 21 (Zahlentafel 6) angegebenen Zusammensetzung erwahnt. - Wie die Zusammenstellung unter Nr. 22

1 Schmid, G. u. L. Ehret: Z. Elektrochem. Bd.43 (193i) S.869. Vgl. auch G. Masing u. G. Ritzau: Z. Metallkde. Bd. 28 (1936) S. 293.

2 Claus, TV.: Aluminium, Bd. 18 (1936) Nr. II, S. 544. 3 Vaders, E.: Z. MetallkundeBd. 29 (1937) S. 155. 4 Vaders, E.: Aluminium, Bd. 22 (1940) S.248. 5 Metal Ind. (London) Bd.71 (1947) S. 324; zit. nach Metallwirtschaft Bd.3

(1949) S. 17.


Zahlentafel 6. Legierungsvorschliige. Hauptlegierungselemente Pb, Sn und Cd, ferner Zusiitze an Fe, Mn, Ni, Cu, My und Zn.

Nr. Bezeichnung Chemische Zusammensetzung in '10 V erwend ungsform (Rest in allen Fallen Aluminium) und Zustand

20 Alva 36 30/ 0 Pb; ferner: 1 3% Sb; 3%Mn I V ollschale ;

21 Alva 36 3% Pb; 3% Sn; ferner: Lagerbuchse;

~ Gleitschicht im 3% Sb; 3%Mn Verbundlager folgende Toleranzen sind zugelassen: I (GuB- und 1,5 bis 4% Pb; 2,0 bis 4,0% Sn; Knetwerk-2,8 bis 3,2% Mn; 1,5 bis 4,0% Sb; J stoff) L; (Pb+Sn+Sb)~ 6%

a) 3% Pb; 3% Sb; 2% Cu; 0,5% Si; b) 5% Pb; 5% Sb; 2% Mg; 2,0% Mn; c) 3% Pb; 0,5% Sb; 3% Ca; d) 3%Pb; 3%Ca; 3%Mn;

22 - e) 5% Pb; 3% Ca; 3% Mn; -f) 3% Pb; 3% Ca; 3% Fe; g) 3%Pb; 3%Ca; 4%Zn; h) 5% Pb; 8% Ca; 3% Fe; i) 3% Pb; 5% Ca; 2% Sn

23 Neomagnal 2% Pb; 10 / 0 Sn; ferner: V ollschale; A 5 bis 5,5% Mg; 5,0 bis 5,5% Zn; Lagerbuchse

0,9 bis 1,3% Mn (Knetwerkstoff; warmausge-hartet)

24 Coussinal 2% Pb; 3% Sn; ferner: A 3%Sb

-

25 Coussinal 4%Sn; ferner: C 4%Cu; 3%Mg; I%Mn

-

26 DRP 257868 5 bis 50% Sn; bis 2% eines in Sn lOs-lichen Metalls, z. B. Pb, und 5 bis 300/ 0 eines solchen Metalls, das mit der Grundmasse keine feste Losung -bildet, sondern sich als chern. Verbin-dung ausscheidet, die harter als die Grundmasse ist; z. B. Sb oder Ni.

27 Franz. Pat. 19 bis 26% Al-Sn-Eutektikum; Zu-796317 satze an Ni und Mn getrennt und kom-

und 796422 biniert; Sn kann teilweise durch Sb ersetzt werden. Hartesteigerung kann -

durch Mg erzielt werden

Al-Sn-Sb = Eutektikum, bei dem: L; Sn+ Sb =8 bis 19%

12*

180 W. Bungardt: I.egierungen mit Aluminium oder Magnesium.

Zahlentafel 6. (Fortsetzung).

Nr. Bezeichnung Chemische Zusammensetzung in ,/, Verwendungsform (Rest in allen Fallen Aluminium) und Zustand

28 RRAC9 5,5 bis 7,00/ 0 Sn; ferner: 0,6 bis 0,9% Cu; 0,7 bis 1,0% Mg;

Lagerbuchse 1,4 bis 1,7% Ni; 0,15 bis 0,3% Si; 0,2 bis 0,45% Fe (GuBwerkstoff;

29 RRAC7 4,6 bis 5,00/ 0 Sn; ferner: gegebenenfalls kaltverfestigt

0,35 bis 0,5% Mg; 0,45 bis 0,6% Si; und ausgehartet) 1,6 bis 2,0% Ni; 0,7 bis 0,9% Mn; 0,4 bis 0,8% Sb

30 750 6,50/ 0 Sn; ferner: Buchsen und 1,0% Cu; 1% Ni geteilte Lager-

schalen 31 XA 750 6,50/ 0 Sn; ferner:

1,0% Cu; 0,5 % Ni; 2,5% Si (KokillenguB;

32 XB 750 6,50/ 0 Sn; ferner: warmbehandelt; 2,0% Cu; 1,2% Ni; 0,8% Mg kaltverfestigt)

33 XB80 S 6,50/ 0 Sn; feroer: Gleitmetall in 1,0% Cu; 0,5% Ni; 1,5% Si Stahlschiitz-

schalen (Knetwerkstoff)

zeigt, ist die Grundzusammensetzung dieser Legierung auch in verschiedener Weise abgewandelt worden, wobei u. a. Kalziumzusatze von 3 bis 8 % an Stelle von Antimon Anwendung gefunden haben. Kalziumzusatze sind indessen nicht empfehlenswert, da die Verbindung AlaCa, die sich in kalziumhaltigem Aluminium bei mehr als '" 0,6 % Kalziumzusatz bildet, oder auch die Verbindung CaSi2, die in siliziumhaltigem Aluminium stets entsteht, sehr unbestandig ist, so daB die Korrosionsbestandigkeit der Legierung verschlechtert wird.

1m Geftige dieser Legierungen sind in einer weichen Grundmasse aus Aluminium-Mischkristallen Antimon- und Mangan-Aluminide eingelagert; daneben treten emulgiertes Blei und bei dem zinnhaltigen Legierungstyp eine eutektische, zinnreiche Komponente auf.

Die Legierung "Alva 36", die WeiBmetall ersetzen solI, hat eine Harte zwischen 40 und 50 kgjmm2; sie nimmt nachAbb.130 mit steigender Temperatur nur wenig ab und tibertrifft die Warmharte der Vergleichslegierungen. Zahlentafel 7 gibt tiber die Festigkeit im gegossenen und gekneteten Zustand Auskunft. "Alva 36" laBt sich bei 20° urn 68 % riBfrei stauchen, wahrend z. B. bei einem zinnreichen WeiBmetall (80 % Sn; 15 % Sb; 5 % Cu) nur 33 % erreicht werden. Aus den gtinstigen Druck-


und Stauchfahigkeitswerten folgt eine geringe Empfindlichkeit gegen Kantenpressung. Die Vnempfindlichkeit del' WeiBmetalle gegen 01-verschmutzungen wird nach Vaders nicht er- 50,---,------,.-----,.-----,.----,

kglmml reicht.

Das Gleitverhalten del' Legierung "Alva 36" hat im Priifstandsversuch befriedigt. So konnte z. B. in einer Ringschmierlagerbuchse mit 65 mm

Innend urchmesser (l : d = 0,6 bzw. 0,3), die in einem zweiteiligen Lagergehause lose angeordnet war,

I/{}

~ ~ "'" 2C

10 ',Zifln-brJ!Jermelo//

0 50 100 150 200 'C

7emperllfur Abb. 130. Warmharte von "Alva 36" im Vergleich zu Zinn

und Blei-Lagermetallen. (Nach Vaders.)

ein besseres Einlaufen als bei Kupferlegierungen beobachtet werden. Belastungen bis zu 400 kg/cm2 (Gleitgeschwindigkeit 10 m/sec.) ergaben wedel' fiir die Stahlwelle (Festigkeit: 70 kg/mm2) noch fiir die Laufflache del' Buchse Schaden. Bei giinstiger Warmeableitung, z. B. bei fest eingepreBten Buchsen, waren in Verbindung mit einsatzgeharteten Wellen, Belastungen von 500 bis 600 kg/cm2 (Gleitgeschwindigkeit 8 m/sec.) erreichbar.

Die praktische Erprobung dieses Lagerwerkstoffs im Haupt- und Pleuellager eines Kraftwagenmotors verlief nicht ganz befriedigend. Es

Zahlentafel7. Festigkeit, Dehnung und Brinellharte der Aluminium-Lagerlegierung "Alva 36". (Nach E. Vaders.)

Zustand Zugfestigkeit Dehnung Brinellharte

kg/mm' 0/, kg/mm'

gegossen 10 bis 15 5 bis 10 30 bis 50 (SandguB)

gepreBt und gezogen 25 bis 30 20 bis 25 40 bis 60

zeigte sich namlich, daB in Verb in dung mit einer Kurbelwelle aus St C 45.61 Riefenbildung nur bei vorgeschalteter Olfilterung vermieden werden kann. Auch Unterbrechungen del' Olzufuhr yerursachen leicht Riefen in del' Laufflache.

Vaders folgert aus seinen Versuchen, daB die Legierung "Alva 36" bei Wellen aus vergiitetem odeI' normalem Stahl bei geniigender Schmier-


mittelmenge und -reinheit bis etwa 100 kg/cm2 belastbar ist. - In Verbindung mit einsatzgeharteten Wellen hat "Alva 36" sich auch bei verschiedenen Lagerungen in Flugmotoren bewahrt.

Die von M. Armbruster1 - ohne Angaben tiber die Legierungszusammensetzung - beschriebenen Aluminium-Gleitlagerwerkstoffe "Almadur MP 6" und "Almadur MZ 3" ahneln vermutlich in ihrem Aufbau der Legierung "Alva 36". Ihre Harte liegt zwischen 40 bis 50 kg/mm2. Fur die Druckfestigkeit werden Werte zwischen 40 bis 25 kg/mm2 und Stauchungen von rd. 50 % genannt. Die Leistungsfahigkeit dieser Legierungen wird im wesentlichen derjenigen von "Alva 36" entsprechen.

Auch die von J. Duport2 erwahnte Aluminium-Gleitlagerlegierung "Coussinal A" (Zahlentafel 6, Nr. 24) mit einer Brinellharte zwischen 20 und 25 kgjmm2 (Zugfestigkeit: 8 bis 10 kgjmm2; Dehnung: 20 bis 50 %) kommt in ihrer Zusammensetzung der zinnhaltigen Legierung "Alva 36" sehr nahe; lediglich auf die Zugabe von Mangan wird verzichtet. Duport erwahnt femer eine Legierung "Coussinal C" mit groBerer Harte (Brinellharte: 70 bis 90 kgjmm2; Zugfestigkeit: 14 kg/mm2; Dehnung: 2 %), die fur geringe Lagerdrucke bis zu 15 kg/cm2 und Gleitgeschwindigkeiten bis zu 10 m/sec. brauchbar sein solI.

Die warmformbare Legierung "Neomagnal A" (Zahlentafel 6, Nr. 23), die auch auf Vorschlage von E. Vaders3 zurtickgeht und vor-

Zahlentafel 8. Festigkeit und Harte von "Neomagnal A". (Nach E. Vaders).

Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Brinellharte I Biegedauer-Zustand festigkeit'

kg/mm' kg/mm' ./. kg/mm' kg/mml

warmaus-gehartet 55 bis 60 52 bis 87 5 bis 10 160 bis 180 16,0

, Gemessen mit der Umlaufbiegemaschine von-Schenck, Modell Duplex; bezogen auf 10 ·10' Lastspiele.

nehmlich an die Stelle von Kupferlegierungen, Bronzen und Sondermessingsorten treten solI, benutzt ebenfalls geringe Blei- (und Zinn-) zusatze zur Verbesserung der Gleiteigenschaften bei einer durch Warmaushartung stark verfestigten Grundmasse. Die Warmbehandlung geschieht in folgender Weise: Losungsgltihen bei ,..., 460°, Abschrecken und Warmausharten bei 90 bis 1500 wahrend 15 bis 20 Stunden. Hierbei werden gemaB Zahlentafel 8 Festigkeits- und Hartewerte erreicht, die selbst diejenigen der harten Aluminium-Silizium-Kolbenlegierungen er-

1 Armbruster, M.: Metallwirtschaft Bd. 19 (1940) S. 127. 2 Duport, J.: Fonderie (1948) S.1097, zit. nach Chern. Zbl. Bd.121 (1950)

Nr.3/4, S. 224. - 3 Vaders: Zit. S. 178, Ful3note 4.


heblich iibersteigen. Bei langerer Beanspruchung im Bereich hoherer Temperaturen bricht der Warmaushartungseffekt zusammen und es kann je nach der Hohe dieser Temperatur und der Dauer der Einwirkung eine betrachtliche Festigkeits- und Harteminderung eintreten. Diese thermische Instabilitat ist u. U. ein Nachteil dieses Legierungstyps.

Die Legierung "Neomagnal A" ist bisher nur als Kolbenbolzenbuchse im Fahrzeugmotor (gleichzeitig mit "Alva 36" im Pleuel- und Hauptlager) versuchsweise erprobt worden.

Die in Zahlentafel 6 unter Nr. 26 bis 27 aufgefUhrten Legierungsvorschlage leiten zu Aluminium-Gleitlagerwerkstoffen iiber, bei denen die Legierungskomponente Zinn in hoheren Gehalten eine ausschlaggebende Rolle zur Verbesserung der Gleiteigenschaften spielt.

Zahlentafel 9. Mechanische Eigenschaften der Rollce.Royce Aluminium·Gleitlagerlegierungen AO 7 und AO 9. (s. Tabelle 6.)

(Nach E. W. Hives und F. Ll. Smith).

Streckgrenze Brinellhiirte

Legierungstyp Zugfestigkeit (10/0 bleibende Dehnung kg/mm' Dehnung)

kg/mm' kg/mm' '/0 bei 150 bei 1500

AC7 16,7 I 9,5 4,0 50 47

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AC 9 (kaltver-festigt und aus-

gehartet) 28,8

I 23,3 3,0 85 82

AC 9 (hart) 22,5 - 2,0 82 80

Die ersten enger gefaBten Legierungsvorschlage sind in den Laboratorien der Rollce-Royce Ltd. ausgearbeitet wordenl , 2. Es handelt sich um die GuBlegierungen AC 7 und AC 9 in Zahlentafel 6, die als geteilte Laufbuchsen in Rollce-Royce Automobil- und Flugzeugmotoren Verwendung gefunden haben: und ZWar AC 7 fiir Hauptlager und AC 9 fUr Pleuellager. Um Fresser im Hauptlager zu vermeiden, war eine Oberflachenharte des Zapfens von 600 Brinelleinheiten erforderlich, wahrend bei den Pleuellagern eine geringere Zapfenharte bis herab zu 320 Brinelleinheiten ausreichend erschien.

In Zahlentafe19 sind einige Festigkeitsangaben fiir diese Legierungen zusammengestellt. Die Legierung AC 9 kann auch kaltverfestigt (und ausgehartet) werden, ohne daB diese Festigkeits- und Hartesteigerung das Reibungsverhalten verandert.

1 Hives, E. W. and F. Ll. Smith: High Output Aircraft Engines. SAE-Journal Bd.46 (1940) S.106/117.

2 Aluminium-Tin Bearing Metal, Engineering (London) Bd. 147 (1939) S.789.


Eine weitere wichtige Legierungsgruppe, die von H. Y. Hunsicker und L. W. Kempjl ' 2 (Aluminum Compo of America) entwickelt worden ist, gibt Zahlentafel 6 unter Nr. 30 bis 33 an. Es handelt sich um Aluminium-Zinn-Legierungen mit 6,5 % Sn und Zusatzen an Kupfer, Nickel, Silizium und Magnesium.

Diese Legierungen sind das Ergebnis sorgfiiJtiger Laboratoriumsuntersuchungen, bei denen u. a. auch der Versuch gemacht worden ist, die Eignung der Legierungen

zum Einlaufen, ihren Wider-10 stand gegen Fressen und

ihr Verschleil3verhalten zu messen.

Abb. 131. Prlifmaschinc von Hunsicker und Kempf

Die hierzu von Hunsicker und Kempf angegebene Priifmaschine ist in Abb.131 schematisch dargestellt. In einem Kurzversuch von einer Minute Dauer wird die Frel3neigung des Lager. werkstoffs und sein Verschleil3verhalten in folgender Weise bestimmt: Eine

zur 1\-lessung der Freilneigung und des Yerschlei3widerstandes.

kleine Probe mit den Ab· messungen 15,8 x 15,8 x 2,5 mm3 wird unter schwacher Neigung (etwa 1°) gegen eine umlaufende Stahlscheibe mit einer Harte von etwa 250 Brinelleinheiten und genau definierter Oberflachengiite angeprel3t. Der Anprel3druck, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe, die Geschwindigkeit der Lastaufgabe,. das Schmiermittel (Kerosin) und die Oberflachengiite der Scheibe werden stets gleich gehalten.

Ein quantitatives Bild iiber die Neigung zum Fressen liefern dann die in diesen Priifmaschinen aufgenommenen ReibungsmomentZeitkurven, deren Verlauf

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Abb. 132. Typische Reibungsmoment-ZcitkurVCll in Abhangigkeit von der Relastung flir verschiedene Glcitlagcrwcrkstolfe. Aufgenommen in einer Versuchscinrichtung nach Abb. 131.

(Nach Hunsi cker und Kempf.)

1 Hunsicker, H_ Y. u. L. W. Kempf: Vortrag auf dem SAE Summer Meeting, Juni 1946. SAE-Journal Bd. 54 (1946) (10) S. 51/53.

2 Hunsicker, H. Y .: Aluminum Alloy Bearings-Metallurgy, Design and Service Characteristics aus: Sleeve Bearing Materials, Herausgeber R. W. Dayton (1949).


fiir einige Lagerwerkstoffe in Abhangigkeit von der Versuchsdauer und der Belastung in Abb. 132 gezeigt ist. Fallt das Reibungsmoment nach anfanglichem Steilanstieg ab, wie dies z. B. fiir die Aluminium.Zinn·Silizium-Kupfer-Lagerlegierung (entsprechend Leg. XA 750-T6, s. ZahlentafeI6, Nr. 31) auch bei hoherBelastungder Fall ist, so ist die Neigung zum Fressen gering. Nimmt andererseits das Reibungsmoment mit steigender Versuchsdauer zu, wobei meist starke Schwankungen auftreten, so ist dies ein deutlichesKennzeichen fiir das einsetzende Fressen. Die Veranderungen, die in der AnpreBflache wahrend dieses Versuches vor sich gehen, lassen einen SchluB auf den VerschleiBwiderstand zu. Aus Abb. 133 folgt z. B., daB die untersuchte

Aluminium-Gleitlagerlegierung eine hohe VerschleiBfestigkeit besitzt, da die abgeschliffene Flache mit wachsender Belastung nur wenig zunimmt. Bei den WeiBmetallen und Bleibronzen ist dagegen eine starke Zunahme der abgeschliffenen Flachen festzustellen.

Wegen weitllrer Einzelheiten zu dieser Versuchstechnik sei auf die Originalarbeit 1 verwiesen.

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Abb. 133. Oberfliicbenbesrhatrenheit der Versucbspliittchen nach Priifung in der Maschine nach Bild 13l.

(Nach Hunsicker und Kempf.)

1. Aluminium-Gleitlagerwerkstotr AI-Sn-Si·Cu (entsprechend Nr. 31 in Zahlentafel 6).

2. WeiBmetall 90'/, Sn, 5'/, Cu, 5'/, Sb. 3. Kupfer-Blei 55'/, Cu, 45'/, Pb. 4. Bleibronze 70'/, Cu, 25'/, Pb, 5'/. Sn.

Eine systematische Untersuchung iiber den EinfluB des Zinns auf die FreBneigung in der Priifeinrichtung nach Abb. 131 hatte das in Abb. 134 dargestellte Ergebnis. Mit zunehmendem Zinngehalt steigt also die Belas tung, die einen Fresser hervorruft; insbesondere hei Zinngehalten von mehr als 20 % ergeben sich giinstige Verhaltnisse, deren praktische Ausnutzung allerdings im Hochleistungslager nicht moglich ist, da diese Legierungen nureine geringestatische und dynamische Festigkeit besitzen.

Die Beeinflussung der Festigkeit von Aluminium-Zinn-Legierungen durch wachsende Zinngehalte zeigt Abb. i35. Die besten Festigkeits- und Hartewerte liegen zwischen 5 und 10 % Sn; der bei hoheren Gehalten einsetzende AbfaH ist gefiigebedingt. Er wird verursacht durch die in steigendem MaBe zunehmenden Korngrenzeneinlagerungen an weichem Zinno

1 Hunsicker: Zit. S.184, FuBnote 1.

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1<'orm und Verteilung des Zinns in del' Aluminiumgrundmasse sind abhangig von del' Konzentration und del' Erstarrungsgeschwindigkeit. Eine schnelle Abkiihlung del' schmelzfltissigen Legierung liefert kugel

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fOrmige Zinnteilchen in intragranularer Anordnung, wahrend bei langsameI' Erstarrung Korngrenzenansammlungen von Zinn entstehen. Diese kennzeichnenden Gefiigeunterschiede zeigen die Abb. 136und 137 1 .

- Form und Verteilung des Zinns sind fiir die Leistungsfahigkeit des Lagerwel'kstoffH von groBer Bedeutung.

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% JO Zu den Legierungsvorschlagen von Hunsicker und Kempf ist il1l einzelnen noch folgendes zu sagen:

Ahb. 134. Erhohung des Widerstandes geg"'l Fressen in Abhiingigkeit yom Zinngehalt, geme8sen mit der Priifeinrichtllng in Abb. 22.

(Nach HunsickM' und Kempf.) Die in den Vel'einigten Staaten am haufigsten verwendeteLegierung

750 gelangt ZUI' Anwendung al,., KokillenguB, del' entweder thermisch nachbehandelt (mit 'l' 5 bezeichnet) oder kaltvel'festigt (mit 'l' 101 bezeichnet) wird. Die thermische Hehandlung besteht in einer StabilisierungsgHihung dicht untel'halb der 'l'emperatur des Aluminium -Zinn -EutektikUlllR. 1m Geftige dieser Legierung tl'eten NiAI3- und Zinn-kri-stiillchell schaftet - auf.

meist vergesell-

Die mechanischen Eigenschaften diesel' Legiel'ung gibt ZahlentafellO an: Abb. 13S enthalt eine {Tbel'sicht tiber die Telllperaturabhangigkeit YOIl

Festigkeit und Harte.

Lager aus diesel' Legiel'ung

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Abo. 13[). EiufluG des Zinngehaltes auf Zugfestigkcit. Rtreckgrcnze, Dehnung und Hiirte fiir AluminiumIf'gicrungen(Kokillenguf.l) mit 1,1'/, eu und 1.1'/, Ni.

(N ach Hunsicker und Kempf.)

haben sich bei hoher Helastung, mittlerer Gleitgeschwindigkeit und lllaHigen I ... agertemperaturen gut bewiihrt. Auch die gute Dauerfestig-

1 Das Aluminium-Zinn-Eutektikum tritt durchweg in entarteter :Form auf. Der Aluminiumbestandteil des Eutektikums kristallisiert an bereits vorhandene, primar ausgeschiedene Aluminiumkristalle an, so daB die weichen Gefiigeeinlagerungen aus fast reinem Zinn bestehen.


keit und ausgezeichnete Korrosionsbestandigkeit dieser Lagerlegierung werden hervorgehoben. Sie ist gegen Kantenpressung unempfindlich. Ihre Fahigkeit, harte Olverunreinignngen einzubetten, wird von Hunsicker und Kempf ftir die meisten praktisch vorkommenden Faile ftir ausreichend gehalten, wenn auch betont wird, daB die

Unempfindlichkeit von ZinnweiBmetalIen nicht erreicht wird.

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ursprtingliche GuBkorper verfestigt. In ZahlentafeI10 sind die Festigkeitswerte eines urn rd. 4 % gestauchten Lagerkorpers angegeben.

Die Legierung XA 750 mit hoheren Siliziumgehalten hat nach

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.\ / A"b.137. Gefligeaufball einer langsam abgekiihltcn Aluminium·

Lagerlegierllng mit 7'f, Sn nnel 1 'f, Cn. 100 X

Hunsicker und Kempf eine sehr geringe Neigung zum FresRen, vergleiche Abb. 13:3 . Auch diese Legierung wird als KokillenguB hergestellt und warmbehandelt. 1m AnschluB hieran erfolgt da nn noch zusatzlich die schon vorher erwahnte Stabilisieflwgsgltihung dicht unterhalb del' eutektischen Temperatur. Diese gesamte, mit

"T 6" bezeichnete Hehandlung, bewirkt eine Verbesserung del' Ziihig. keit und Bearbeitbarkeit der Legierung.

Die mechanischen Eigenschaften die8er Legierung gibt Zahlentafel 10 an.

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Fur Anwendungsgebiete mit hoheren Anforderungen, insbesondere fUr Gleitlager, die bei hoheren Temperaturen beansprucht werden sollen, ist die warmfeste Legierung XB 750 mit erhohten Kupfergehalten und einem Magnesiumzusatz entwickelt worden. Auch diese Legierung findet im GuBzustand (KokillenguB) Anwendung. Durch mehrstundiges Erhitzen auf erhohte Temperaturen (Behandlung "T 5") werden die in Zahlentafel 10 mitgeteilten Festigkeitswerte erreicht.

Einen Vergleich der Warmharte dieser Legierung zu den vorher erwahnten weicheren LegierungstypengibtAbb.139,

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Abb.138. EinfluB der Temperatur auf die mechanlschen Eigenschaften der Legierung 750 - T 5 (Nr. 30,

Zahlentafel6J. (Nach Hunsicker und Kempf.)

die zum Vergleich die Warmharten verschiedener sonstiger Gleitlagerwerkstoffe enthalt.

Unter den von Hunsicker und Kempf empfohlenen Gleitlagerwerkstoffen stellt die Legierung XB 80 S den schmiedbaren Typ dar. Diese Legierung laBt sich nach einem besonders entwickelten Verfahren zu Blechen und Bandern verarbeiten. Durch den Walzvorgang wird eine zeilenformige Anordnung der Zinnund Siliziumeinschlusse erzielt. Je nach dem Fertigwalzgrad konnen die mechanischen Eigenschaften dieser

o 50 100 150 0C 200 Legierung in wei ten Grenzen veranTemperotlJr dert werden, wie aus ZahlentafellO

Abb.139. Warmhii.rte der Legierungen 750, XA 750 und XB 750 in Abhiingigkeit von der Temperatur 1m Vergieich mit anderen

Gieitiagerwerkstoffen. (~ach Hunsicker und ](empf.)

mit Angaben fur den weichgegluhten (Zustand 0) und den kaltgewalzten (bezeichnet mit H 12) Zustand hervorgeht. -

Unter praktischen Beanspruchungsbedingungen schwankt die Belastbarkeit der Alcoa-Legierungen zwischen 150 und 450 kg/cm2 ; in gunstigen Fallen kann sie sogar bis 700 kg/cm2 betragen. Gleitgeschwindig-

190 Jr. Bungardt: Legierungen mit Aluminium oder Magnesium.

keiten bis zu 10 Ill/sec. bereiten keine Schwierigkeiten. Die hochst. zulassigen Lagertelllperaturen liegen bei den IJegierungen 7riO - T f, und XA 7i)() -- T 6 bei Einbau in Stahlgehilusen zwischen \.l:~ unn ]07°: Lager,;ehalen in kaltverfeHtigtelll Zustann konnen his 120 0 yerWennet werden. Geteilte Lagerschalen aut' der festen Legierung XB 750 - T i) ertragen eine Beanspruchung bis zu 150°. FUr Lagerbuchsen liegt die Grenztemperatur bei etwa 100°; die Einhaltung dieser Temperatur.

Zahlentafelil. Schematische Ubersicht iiber die Dauerjestigkeit und den Jriderstand gegen Fressen der Alcoa·Gleitlagerlegierungen im Vergleich zu anderen Lagerm?tallen.

(Xach "USA Metals Handbook 1948" S. 754.)

Widerstand Dauerfestigkeit

gcgen I mittel

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sehr Zinn.Bronzen; bleifreie gering Aluminium·Bronzen

gering Silber; bleihaltigf' Zinn-Bronzen:

80 Cu·lO SnoW Pb; 88 Cu-4 Sn-4 Pb-4 Zn 71 Cu-25 Pb-3 Sn-3 Zn

maBig Bleibronze Silberhal- Aluminiumlegierung (35% Pb) tige Blei· 750 (gegossen)

bronze XB 80 S (gewalzt) (28% Pb): Bleibronze (25% Ph, weniger als

1% Sn)

groB WeiBmetall Kadmium-auf Blei· lagerlegie-Zinn- und rung Zinn-Basis

grenze empfiehlt sich, wenn ein einwandfreies Anfahren au:,; dem kalten Hetriebszustand heraus gewahrleistet bleiben solI.

Heim Einbau der Leichtmetallager in AluminiumguBgehause iRt die obere Temperaturgrenze durch die zulassige Yerengung de" Schmier· spaltes gegeben.

Stahl· wie auch GuBkurbelwellen haben sich in Verbindung mit diesen Aluminium.Gleitlagerwerkstoffen bewahrt. Die Harte der Wellenober· flache beeinfluBt die .Belastbarkeit des Lagenl nicht wesentlich, wenn auch der VerschleiB bei hiirteren Wellen geringer und die Einbettung von Schmutzteilchen erleichtert wird. Bei einer weichen Welle (Brinell. harte 140 kg/mm2) wurde unter folgenden l:3edingungen: Belastung =


280 kg/cm2 ; Gleitgeschwindigkeit = II m/sec nach 22 Betriebsstunden ein ·WellenverschleiB von nur 0,01 bis 0,014 mm gemessen.

In konstruktiver Hinsicht ist nach Hunsicker zu beachten, daB bei Zapfendurchmessern zwischen etwa 40 und 200 mm der Olspalt 0,00125 bis 0,00175 Zoll je Zoll Zapfendurchmesser betragen solI. Ein etwas geringeres Spiel ist in groBen Lagern mit Erfolg angewendet worden, wahrend kleinere Lager mit einem Durchmesser von weniger als etwa 37 mm ein groBeres Spiel besitzen sollen. Wood gibt als Spielminimum einen Wert von 0,001 Zoll je Zoll Zapfendurchmesser an. - Eine reichliche Spielbemessung ergibt bei Druckolschmierung sehr gute Resultate.

Nr.

34

35

Zahlentafel 12. Legierungsvorschliige1•

Kadmiumhaltige Aluminium-Gleitlager-Legierungen.

Bezeichnung Chemische Zusammensetzung in ,/, Verwendungsform (Rest in allen Fallen Aluminium) und Zustand

USA Pat. 1 bis 1,5% Cd; 4% Si GuJ31egierung und 2238399 Knetwerkstoff

Leg. Nr. 4 von 3,3% Cd; 1,2% Pb; ferner: Lagerbuchse G. Fischer 5,3% Zn; 2,1% Cu; 2,0% Mg; ( GuBwerkstoff) (s. S. 192) 1,0% Mn; 0,6% Fe; 0,1% 8i

Fur die Bemessung der Wandstarke von Aluminiumlagerschalen gibt Hunsicker folgende Erfahrungsregeln:

T = 0,04 D + 0,02 bzw. T = 0,0044 d + 0,02,

worin T die geringste Lagerwandstarke, D den LagerauBendurchmesser und d den Wellendurchmesser in Zoll bedeuten. Fur die untere Wandstarkengrenze sind Angaben zwischen 2,5 und 3,8 mm vorhanden, wobei der erste Wert besonders bei dynamisch hochbeanspruchten Lagern nicht unterschritten werden darf. - Die Festlegung des gunstigsten Verhaltnisses von Wandstarke zu Lagerdurchmesser unterliegt der Erfahrung und muB durch pr/tktische Versuche ermittelt werden.

Genaue und feinste Endbearbeitung der AuBen- und Innenflachen (und bei geteilten Lagerschalen auch der Trennflachen) ist fUr die Leistungsfahigkeit des Aluminiumlagers von erheblicher Bedeutung. Auch die Bohrung des Lagergehauses, worin die Lagerschalen eingesetzt werden sollen, muB feinstbearbeitet werden, damit ein einwandfreier Sitz der Lagerschalen gewahrleistet ist. Fur die Oberflachengute der Laufflache wird ein etwas geringerer Endbearbeitungsgrad als fur die AuBenflachen der Lagerschalen und der Einbaubohrung verlangt.

1 Neuerdings berichtetA. Rilhenbeck (Metall Jg.6 (1952) 8.291/8) iiber ein Cd-haltiges Leichtmetall-Lager mit 4,8 bis5,2° /0 Zn,4 bis6% Cd, 1,8 bis2,3% Mg, RestAl.

192 lV. Bungard!: Legierungen mit Aluminium oder Magnesium.

Nach H. Y. Hunsicker und D. B. Wood" 2 hat VOl' allem die Legierung 750 in Haupt- und Pleuellagern yon Dieselmotoren sich gut bewahrt, besonders bei ziemlich dicken Lagerschalen und Oltemperaturen unter 93°. Wegen seiner guten Dauerfestigkeit ist dieser Gleitlagerwerkstoff auch in Hauptlagern, Xockenwellen- und verschiedenen Hilfsantriebslagerungen von Flugmotoren mit Erfolg verwendet worden. - Die Legie

100~ kg/em o Tragf'dhlglreilsgrefJze

rung XA 750 - T 6 ist besonders gut geeignet fUr Gleitzustande mit halbflus-

T ivrzze;Tig zvldssiger tagerd/'vc/r 800

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sigel' Reibung; ferner auch fur hohe Gleit

geschwindigkeiten und hohe Lagertemperaturen, wenn die

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Warmespannungen im Betrieb klein gehalten werden. Gunstige Ergebnisse

90 100 Kgjmm2 sindauchmitschwim-

ALL. 140. Tragfiihigkeitsgrenze und kurzzeitig zuliissiger Lagerdruck in ALhiingigkeit von der Warmharte filr verschiedene

Leichtmetall-Lagerlegierungen. (Nach G. Fischer.)

menden Buchsen erzielt worden.

-- AI-Legierungen; ... - Mg-Legierungen.

Brinellhiirte II in kg/mm' mitt!. Wiir-Zusammensetzung in VHl llleausdeh-

Zustand Lei 20' C Ib.150' C nungskoeff.

Cu Zn Si Mg Mn Fe Ni Pb andere I Al 5/62,5/305/125/3°15/250/305/250/30 (20'/150' C) /J . 10-"

gegossen 4,5 - 14 0,7 0,8 - 1,5 - - Rest -- 114,6 120,6 94 19,6

.. 1,5 - 21 0,5 0,7 - 1,5 - 1,2eo .. - 96,8 102,5 84 18,2

.. , - - - - - - - - 6,5Sb .. 44.9 47,3 47,5 36,5 24,3

- - - --- - - ----------gegossen 2,08 5,28 0,11 1,96 0,99 0,56 - 1,21 3,27Cd Rest - 109,0 113,0 86,5 24,9

---gegossen 4,70 0,09 0,23 0,13 0,55 0,40 0,08 - 0,15 Ti Rest - 72,0 81 71,5 24.6

- - - -- - - - ----------gepreJ.lt ' - - - 9,0 0,2 - - - -- Rest - 87,0 96,1 73 24,5

" - -- 3,8 8,4 - - - - -

" -. 60,0 63,5 56,5 23,3

.. 3 - 0,5 - Rst. - -- - - -- 7,7 - 68,7 76,9 47,5 25,1

.. - - 1,3 .. - - - - - 0,8 - 47,8 53,6 33,5 25,8

.. - - - .. - -- - 19,0 - - - 48,0 50,7 32,5 26,5

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" 2,0 -- - - 5 Ce - - 59,4 65,2 50,5 27,0

, Bei Legierung 4 und 5 nach DVL-Analyse; im iibrigen nach Soll-Angaben der Hersteller. 'Etwa 2l1lIn starker AnsguJ.l in Yerbindung mit einer Stiitzschale aus Legierung 2 .• Heterogenisiert. • Nach Yersuchen Yon IV. Bungardt und G. Schaitberger.

1 Wood, D. B.: Aluminum Alloy Bearings in Diesel Engines. Bericht der Aluminum Company of America, Cleveland, Ohio.

2 lV ood, D. B,: Important Engineering Data on Aluminum Alloy Bearings for Engines. Automotive and Aviation Industries (1946) Juni.


D. B. Wood gibt fur die Anwendung der Alcoa-Legierungen folgende Richtlinien :

Legierung 750: Fiir geteilte Lager oder Lagerbuchsen mit nicht zu geringer Wandstarke fiir Dieselmotoren;

Legierung A 750: Fiir geteilte Lager oder Lagerbuchsen mit nicht zu geringer Wandstarke fUr Dieselmotoren besonders bei maBiger Schmierung, hoher Gleitgeschwindigkeit und harten Kurbelwellen oder Zapfen;

Zahlentafel 13. LegierunysvaTschliige. Aluminium-Gleitlagerlegierungen mit geringen Gehalten an Schwermetallaluminiden und Silizium.

Nr. Bezeichnung Chemische Zusammensetzung in .,. (Rest in allen Fallen Reinstaluminium)

36 DRP 211979 5,5% Zn; 0,7% CU; <0,01% Si; <0,01% Fe. 0,5-3,0% Zn; 0,2-0,8% Mg; <0,01% Si; <0,01% Fe

37 DRP 369294 0,- 0.5% Mg; 0- 1,0% CU; 0- 4,0% Ag; 0- 1,0% Ca; 0-49,OOj.Zn; 0-3,0% Si; 0-0,65% Mn; 0-1,5% Ni; 0-0,6%

I Mg2Si; 0-3,5% Li; 0-0,8% Be; 0-1,0% Co

38 DRP 384875 0,1-1,0% CU; 0,1-10% Zn; 0,1-2,0% Mg; ferner: (Cd, Pb, Bi oder TI), einzeln oder zu mehreren kom-biniert zwischen 1 bis 6%; <0,05% Fe; <0,1% Si

Beispiel: 5,0% Zn; 0,8% eu; 0,2% Mg; 3,5% Cd; 1,2% Pb; 0,02% Si und 0,04% Fe

39 DRP 384876 0,1-1,0% CU; 0,1-10% Zn; 0,1- 2,0% Mg; 1,0-18% Sn <0,05% Fe; <0,1% Si

Beispiel: 0,6% CU; 3,0% Zn; 6,5% Sn; 0,04% Fe; 0,3% Mg2Si

Legierung XA 80 S: Als dunne Gleitmetallschicht in Stahlschalen fUr verschiedene Lagerungen von Kraftfahrzeugen; femer fur Lager. buchsen in Stahl. oder Aluminiumgehausen.

Eine abschlieBende Beurteilung der Alcoa-Gleitlagerwerkstoffe ermoglicht Zahlentafell11. Sie enthalt ein qualitatives Schema der Dauerfestigkeit und des Widerstandes gegen Fressen fUr verschiedene Lager. legierungen. In der Legierungsgruppe mit hoher Dauerfestigkeit nehmen die Aluminiumlagerwerkstoffe einen bemerkenswert guten Platz ein.

Kadmiumhaltige Aluminium- Gleitlagerwerkstoffe sind in Zahlen. tafel 12 angegeben. Mit der Legierung Nr. 34 (Zugfestigkeit = 14,1 kgJmm2, Dehnung <5 4 = 10 %; Harte = 40 kg/mm2) sind auf dem Pruf.

1 USA Metals Handbook 1948 S.754.

13 Kuhnel. Gleitlager. 2. Auf!.


stand giinstige Erfahrungen gemacht worden. - Uber die Gleiteigenschaften der Legierung Nr. 35, die von G. Fischer! eingehend untersucht worden ist, gibt Abb. 140 AufschluB2.

Eine praktische Anwendung haben diese kadmiumhaltigen I ... egierungen bisher nicht gefunden.

Die Verwendung von Kadmium als Legierungspartner ist auch noch in einer anderen Legierungsgruppe versucht worden, die sich gleichfal1s erst im Entwicklungsstadium befindet. Es sind die Legierungen, die in Zahlentafel 13 zusammengestel1t sind. All dies en Gleitlagerwerkstoffen,

Nr.

1

2 3

4

5 6 7 8 9

Zahlentafel 14. Gleitlagerlegierungen auf Magnesiumbasis. (Vgl. R. Hinzmann und G. Fischer.)

Bezeichnung hemische Zusammensetzung in "/ Hersteller des Herstellers

I Zn Al Mn Mg

I I Elektron AZG 3 I 6 0,3 Rest SandguB

Elektron A9V SandguB 0,5 8,5 0,3 Rest

t TG '.,h,n 1 Elektron AZ 91 I 0,5 9,5 0,3 Rest industrie Spritz- u. KokillenguB

Elektron AZM 1 6 0,3 Rest

J l Knetlegierung Elektron V 1 - 10 0,3 Rest

1 PreJ3legierung 0,5 7,7 - - Rest 1 PreJ3legierung - 0,8 1,3 Si Rest 1 PreJ3legierung 5Ce -

I 2,0 Rest

1 I PreJ3legierung - 19Pb - - Rest

Brinell-harte

(5/250/30)

50-58

56-63 60-70

60-65

70-78 77 54 65 51

i:lchmelzpunkte: 400--465°; Warmeleitzahl it = 0,32 cal/cm -1. sec-I. Grad -1;

Warmeausdehnungskoeffizient: fJ =24 - 25,5·10 -6 mm/mm' Grad fiir 20 - 100"; Zulassige Flachenpressung: fiir GuJ3legierungen: 150-200 kgjmm2,

fiir Knetlegierungen: 300-400 kg/mm2. Lagertemperatur: nicht iiber 100° C.

1 Die Legierungen 6 - 9 sind von G. Fischer (FuBnote 3, S. l6S) eingehf'nd gcprtift worden.

vor all em den scharfer prazisierten VorschHigen 36, 38 und 39 ist gemeinsam, daB die Eisen- und Siliziumgehalte durch Verwendung von Reinstalumi.nium bei del' Herstellung scharf gesenkt worden sind. Die Zugaben an Zink, Kupfer und :Magnesium, die zur Erh6hung del' Belastbarkeit diesel' Legierungen dienen, sind 0\0 gewahlt, daB sie innerhalb del' Loslichkeitsgrenzen bleiben. Wie die Legierungsbeispiele zeigen, sind

1 Fischer: Zit. S. 165. - 2 In Abb. 140 sind fiir einige Aluminium- und Magnesium-Gleitlagerwerkstoffe in Abhangigkeit von der Harte die in der Lagerpriifmaschine der deutschen Versuchsanstalt fiir Luftfahrt von G. Fischer gemessenen Belastungsgrenzen eingetragen. Da alle Legierungen in gleicher Weise gepriift wurden, ist eine gute Beurteilung der Belastbarkeit aus diesem Diagramm zu entnehmen; au13erdem gestattet es einen Vergleich zwischen Aluminium- und Magnesium-Gleitlagerlegierungen.


auch bei dieser Gruppe Ziun-, Kadmium- und Bleizusatze zur Verbesserung der Gleiteigenschaften vorgeschlagen worden.

Diese Legierungen verdanken ihre Entwicklung dem Wunsch, mit relativ weichen Wellen und Zapfen, z. B. aus Vergutungsstahlen mit einer Harte von etwa 330 bis 380 kg/mm2, auszukommen. Da die Schwermetallaluminide in diesem Fall erfahrungsgemaB leicht eine Riefenbildung hervorrufen, wodurch Fresser eingeleitet werden konnen, war es notwendig, die Gehalte an Eisen und Silizium ,veitgehendst zu senken. Die Leistungsgrenzen dieser Legierungen konnen Zahlentafel151 entnommen werden.

e) Magnesiumlegierungen. Auch Magnesiumlegierungen sind als Gleitlagerwerkstoffe fur geringe Beanspruchungen vorgeschlagen worden, Zahlentafel 142. Die vorliegenden Ergebnisse reichen jedoch zu einer abschlieBenden Beurteilung ihrer Leistungsfahigkeit nicht aus. Auch ist die chemische Bestandigkeit dieser Legierungen gegen verschiedene Ole noch zu prufen. Diese Werkstoffe verlangen ebenso wie die meisten AluminiumGleitlagerlegierungen zur Erzielung eines einwandfreien Gleitverhaltens sauberst bearbeitete Lager- und Wellenoberflachen und eine gute Schmierung.

Einen Anhalt uber die Belastbarkeit von Magnesium-Gleitlagern geben Beobacbtungen von G. Fischer, die in der friiher erwahnten Abb. 140 zusammengestellt sind. G.Fischer bestimmte in der Lagerprufmaschine der Deutschen Versuchsanstalt fur Luftfahrt die Tragfahigkeitsgrenze, das Verhalten bei Dauerbeanspruchung und die Notlaufeigenschaften bei abgestellter oder gedrosselter Olzufuhr. Aus Abb. 140, in der die Abhangigkeit der Tragfahigkeitsgrenze und des kurzzeitig (d. h. fur zwei Stunden) zulassigen Lagerdrucks von der Warmharte eingezeichnet ist, geht hervor, daB die Magnesiumlagerlegierungen im Vergleich zu Aluminium-Gleitlagerwerkstoffen geringer belastbar sind. Fiir die untersuchten Magnesiumlegierungen liegt die Grenze bei 300 bis 400 kg/cm2.

Die Ergebnisse der Dauerpriifung (d. h. des Verhaltens der Lagerlegierungen bei einem 100-Stunden-Versuch mit 400 kg/cm2 Belastung und einer Umfa.ngsgeschwindigkeit von 5 m/sec.: Lagertemperatur 120°) ergaben, daB die Aluminiumlegierungen Nr. 1,2 und 4 bei vernachlassigbarem VerschleiB betriebssicher bleiben, wahrend die Legierungen 5, 6 und 7 zu Narben und Riefenbildung neigen. Die weiche Legierung 3 wird erwartungsgemaB als Vollschale unter den gewahlten Priifbedingungen durch Ermudungsbruche schnell zerstort. Aber auch die harteren Magnesiumlegierungen 8 und 11 versagen schon nach wenigen Stunden.

13*

1 Labor-Berichte der Karl Schmidt GmbH Nr. 193. 2 Hinzmann, R.: Metallwirtsch. Bd.16 (1937) Nr.20 S. 477; s. a. Lit. s. S. 177. a Fischer: Zit. S. 165.

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Gestaltung von Leichtmetallagern. 197

Man kann aus dieser Beobachtung folgern, daB die mechanische und thermische Beanspruchbarkeit der Magnesium-Gleitlagerwerkstoffe offensichtlich weit unter den Grenzen liegt, die G. Fischer bei seinen Versuchen eingehalten hat. Wo allerdings die Beanspruchungsgrenzen genau liegen, kann vorerst nicht gesagt werden.

G. Fischer beobachtet, daB das Laufverhalten von der ,zl1pfenbeschaffenheit (vergutet, doppelduro- oder einsatzgehartet) ziemlich unabhangig ist.

1m Notlauf, d. h. bei unterbrochener bzw. gedrosselter blzufuhr, tritt bei allen Legierungen nach wenigen Sekunden bzw. einigen Minuten durch Trockenreibung ein Temperaturanstieg und eine starke Zunahme des Reibungswiderstandes ein, wodurch die Laufflachen durchweg mehr oder weniger stark zerst6rt werden. Auch diese Beobachtung ist bemerkenswert; sie zeigt, daB bei scharferen Anforderungen aIle von G. Fischer gepruften Aluminium- und Magnesiumlegierungen im Notlauf keine praktisch befriedigende Auslaufzeit besitzen.

3. Gestaltung von Leichtmetallagern.

Die im vorhergehenden Abschnitt gegebene Ubersicht bedarf noch einer wesentlichen Erganzung, denn die Leistungsfahigkeit eines Aluminium-Gleitlagers ist nicht nur von der Legierungszusammensetzung, dem Gefiigeaufbau und den mechanisch technologischen Eigenschaften abhangig, sondern wird ebenso sehr von der Lagerkonstruktion und naturlich auch, besonders bei den harteren Legierungstypen, von der Gute der Lagerendbel1rbeitung bestimmt. Die Bedeutung der Lagerkonstruktion folgt aus der Tatsache, daB die thermische Ausdehnung

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Tempero/ur Abb. 141. Ausdehnungsbeiwerte

aller Aluminium - Gleitlagerlegie- von Aluminiumlegierungen. (Nach H. Steadel).

rungen naherungsweise doppelt so groB ist wie die von Stahl. Die Berucksichtigung oder Vernachlassigung dieser physikalischen Gegebenheiten ist fur die praktische Bewahrung oder das Versagen von Aluminium-Gleitlagern haufig von ausschlaggebender Bedeutung gewesen.

In Abb. 141 stellen die beiden Grenzkurven ffir die Ausdehnungsbeiwerte von Reinaluminium und der siliziumreichen Aluminiumlegierung "KS 280" etwa den Bereich dar, in dem die Ausdehnungskoeffizienten der Aluminium-Gleitlagerwerkstoffe liegen. Zahlentafel16 und Abb. 140 erganzen diese Angaben fur einige weitere Legierungsvorschlage.


Die Folgerungen, die sich aus dem Unterschied der Ausdehnungsbeiwerte fur das Leichtmetallager ergeben und die beim Einbau von Aluminiumlagerschalen odeI' -buchsen in Stahl- oder GrauguBgehause besonders wichtig sind, lassen sich am bequemsten ableiten am Beispiel einer Leichtmetallbuchse, die in einen Stahlring mit PreBsitz eingepaBt ist. Wird diese Kombination bis zum Telllperaturausgieich erwarmt, so ist eine Ausdehnungsbehinderung der Buchse durch den Stahlring unvermeidlich. 1st die hierbei erreichte Telllperatur so hoch gewesen, daB die Buchse plastisch verforlllt wurde, so resultiert nach del' Abkuhlung eine bleibende Schrumpfung des Buchseninnendurchmessers; a uBerdem verringert sich die Pres sung zwischen Lagerbuchse und Tragring. Die Pl'essung bl'aucht zunachst noch nicht vollstandig verlorenzugehen, da der beim Einpl'essen der Laufbuchse elastisch aufgeweitete Tragring zuruckfedert. Eine weitere Steigerung der Temperatur fuhrt aber bei zunehmender Schrumpfung der Buchse schlieBlich auch zur vollstandigen Aufhebung del' Einbaupassung: Der Laufring liegt locker im auBeren Stahlkorper.

Beide Vorgange beeinflussen die Betriebssicherheit der Lagerung nachteilig. Wahrend jedoch das Lockerwerden des Gleitelelllentes mit verhaltnismaBig einfachen konstruktiven Mitteln unschadlich gemacht werden kann, fiihrt die Schrumpfung des Buchseninnendurchmessel's durchweg zu Fressern, da die Spielverengung die Wirksamkeit des 01-films ausschaltet. Haufig auBern sich diese Schaden durch Spielverengung erst bei folgendem Anfahren aus dem kalten Betriebszustand heraus. -Diese Storungen treten bei geteilten Lagerschalen leichter auf als bei Buchsen, bei denen der Temperaturausgleich leichter llloglich ist und die an sich eine groBere Formbestandigkeit besitzen. Rei geteilten Lagern sind die Teilfugen ein besonders kritischer Teil des Lagers, da an diesen Stellen die Warmespannungen sich am starks ten auswirken und daher von hier aus Storungen durch Klemmen und Fressen besonders leicht ausgehen.

Die Grenztelllperatur, bei del' die Einbaupassung aufgehoben und die Sicherung der Lagerschale gegen Mitnahme durch die Welle verlorengeht, hangt ab:

1. Von der Differenz der Ausdehnungskoeffizienten von Lagerbuchse oder Lagerschale und Gehause;

2. von der Festigkeit del' Aluminiumlegierung, vornehllllich der Stauch- und Kriechfestigkeit, dem Verlauf der Spannungs-Stauchungskurve, dem Elastizitatsmodul der Aluminiumschale und des Gehauses;

3. von dem Verhaltnis der Ruchsen- oder Lagerschalendicke zur Wandstarke der Aufnahmebohrung im Gehause;

4. von der GroBe der Einbaupassung.


Da die Differenz der Ausdehnungsbeiwerte meist wenig beeinfluBbar ist, kommt der Stauchfestigkeit der Aluminiumbuchse und dem Wandstarkenverhaltnis von Lagerbuchse bzw. -schale und Gehause besondere Bedeutung zu.

A. Buske!· 2 hat in einfacher Weise die Bedeutung der EinfluBgroBen 1 bis 3 fur 18 nicht naher gekennzeichnete Leichtmetall-Gleitlagerwerkstoffe dadurch nachgewiesen, daB er Buchsen in Ringe aus St. 60.11 mit 0,06 mm Pressung einbrachte und im Olbad erhitzte. Es zeigte sich hierbei zweierlei:

1. Die obere Grenztemperatur, bei der die Einbaupassung verloren geht, kann - je nach der Zusammensetzung der Aluminium-Lagerlegierung - zwischen 110 und etwa 2lO° schwanken;

2. die Zunahme des Spiels zwischen Buchse und Stahlring bei Erhitzung uber die Temperatur der beginnenden

a' ! AblOsung der Buchse ,---$O-~

hinaus ist ebenfalls von der Zusammensetzung abhangig; einer relativ

Abb. 142. Versuchsgehause und Buchsen: a Starres GeMuse; b Gehause mit 4 mm Nabenwandstiirke. c GeMuse mit 2 mm

Nabenwandstarke.

schnellen Spielzunahme bei Legierungen geringer Warmstauchfestigkeit stehen Werkstoffe mit langsamerer Spielzunahme, also hohem Stauchwiderstand in der Warme, gegenuber.

Die Anwendung dieser stauchfesten, aber auch harten AluminiumGleitlagedegierungen, die zwar hohe Lagertemperaturen erlauben3, hat aber den Nachteil, daB an den Lagerkanten leicht Fresser entstehen. Diese Schwierigkeit versucht A. Buske dadurch zu beseitigen, daB er gemaB Abb. 142 die Wandstarke der Aufnehmerbohrung an den Randern schwacht. Diese MaBnahme soIl ein Auffedern der Gehausebohrung bei Einwirkung von thermischen Spannungen ermoglichen und die gefiirchtete Stauchung und SchrJlmpfung des Innendurchmessers ausschalten. Da bei dieser konstruktiven Gestaltung wahrend des Erwarmens und Abkuhlens der KraftschluB zwischen Lagerbuchse und Gehause erhalten bleibt, ist auch die Buchse gegen Mitnahme gesichert. Wie weit die Nabenenden des Gehauses geschwacht werden mussen, kann fiir einen vorliegenden Lagerfall nur durch Versuche entschieden werden.

1 Buske, A.: Versuche mit Leichtmetall-Lagern in Priifmaschinen und Flugmotoren. ATZ, Autom.-techn. Z. Bd.42 (1939) S.355.

2 Buske, A.: Gestaltungsrichtlinien fUr die Anwendung von Leichtmetalllagern. Aluminium, Bd. 22 (1940) S.293. - 3 Kuhm: Zit. S. 161.


DaB es indessen auf diese Weise moglich ist, die Grenzbelastung, die zum Fressen fiihrt, erheblich zu steigern, beweist Abb. 143 mit Angaben fiir die beiden Leichtmetall-Gleitlagerwerkstoffe KS 1275 und KS 245 sowie zwei Bronzen.

Bei der Verwendung weicherer Lagerlegierungen mit entsprechend geringerer Warmstauchfestigkeit und groBerer Schrumpfgefahr sind folgende MaBnahmen vorgeschlagen worden, um die Betriebssicherheit

k!J/cm2

MD~~-----~~r--r~r--+--+-~

8M~-r--~~--~~--~-+--+-~

700

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100 I---'+----i--~+

Abb. 143. Abhiingigkeit der erreichten Grenzlagerbelastung von der Gehauseform fiir verschiedene

Lagerlegierungen. (Nach A. Buske.)

8---------'--- -"

00 (1) Abb. 144. Laufbuchsen mit Federungsschlitzen: a Buchse mit Federungsschlitzen in Umfangsrichtung, b Buchse mit Federungslangsschlitzen, c Buchse mit radialen

ScWitzen (keine Federung m6glich).

aufrechtzuerhalten. Nach A. BusJle wird z. 13. die in einem Stahlring eingepreBte Buchse im Olbad zunachst auf eine Temperatur erwarmt, die rd. 20 bis 30° hoher als die im Betrieb erwartete liegt. Nach dieser Behandlung lockern sich die Buchsen im Halterring. Werden sie dann durch konstruktive Mittel gegen Drehung gesichert und in der Laufflache auf das erforderliche Lagerspiel feinstbearbeitet, so ergibt sich ein Lager, das relativ hohe Belastungen und Gleitgeschwindigkeiten ertragt. Der Vorteil dieser MaBnahme besteht darin, daB die Buchsen im Betrieb sich zunachst bei Zunahme des Lagerspiels frei ausdehnen konnen, bis sie im Gehause zur Anlage kommen. Durch die vorweggenommene thermische Behandlung ist also erreicht worden, daB gefahrliche Stauchungen der Buchse erst oberhalb der normalen Betriebstemperatur eintreten und daher ungefahrlich sind.

DaB die Lagergestaltung auf die Belastbarkeit und die Betriebs-


sicherheit einen sehr erheblichen EinfluB ausiibt, ist neuerdings von A. Buske iiberzeugend nachgewiesen worden1 •

Eine weitere Moglichkeit besteht darin, durch Anbringen von Federschlitzen in den AuBenflachen der Lagerbuchsen eine Stauchung der

Abb. 145. Ermoglichuug der Warmeausdehnung fur eine Leichtmetallagerbuchse zur Vermeidung von plastischen Verformungen (schematischeDarsteIlung). (N ach a.Fischer). a bei Raumtemperatur: GIeiten in der auJ3eren Laufflitche, b bei mittleren Temperaturen: GIeiten in beiden Laufflachen, c bei hohen Temperaturen: GIeiten in der

inneren Laufflache.

.-t--

Abb. 146. Lager fiir weite Drehzahlbereiche

mit selbstregelndem LagerspieI.

Buchse zu verhindern, Abb. 144a und b. Mit dieser MaBnahme ist es moglich, die kritische Temperatur urn 20 bis 30° zu steigern. Eine Anordnung der Langsschlitze gemaB Abb. 144c, die auch schon fruher vorgeschlagen worden ist 2, bietet keine Federungsmoglichkeit und bleibt daher unwirksam.

G.Fischer hat eine unbehinderte Ausdehnung der Buchse in der in Abb. 145 erlauterten Weise zu er-reichen versucht.

Beim Einbau einer Leichtmetallbuchse in ein Stahlgehause mit starkem Mittelsteg, Abb. 146, treten bei vollkommen zylindrischen Buchsen unter dem Steg infolge Ausdehnungsbehinderung leicht Fresser ein ; es ist daher vor

Abb.147. Elastische Teilfugen fiir Leichtgleitlager (Nach H. Wiechell.)

a FederndeStahlbleche in der Teilfuge, b federnde Stahlkilrper zwischen der Teilfuge.

geschlagen worden, unter dem Steg eine Aussparung vorzusehen, die eine freieAusdehnung der Lagerbuchse erlaubt. Auf diese Weise konnenLeichtmetallager fiir groBere Drehzahlbereiche betriebssicher gestaltet werden.

1 Buske, A.: Stahl und Eisen, Bd.71 (1951), S. 1420/33. 2 Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. Bd. 47 (1937) S. 737.


Es gibt noch eine Reihe weiterer Vorschlage fUr geteilte Lagerschalen, die die mit den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten verkniipften Gefahren zu beseitigen versuchen. H. Wiechell hat hierzu Vorschlage gemacht, von denen in Abb. 147 ein besonders bemerkenswerter dar-

Zahlentafel 16.

Lineare A usdehnungskoeffizienten einiger Aluminium·Gleitlagerlegierungen.

I [3 I I Nr. Bez. LI T Beobachter lUIn/Dint . Grad

20 Alva :36 21,S· 10-6 20-- 100" E. Variers

28 AC 9 22,3 . lO-6 0 __ 150" } E. W. Hiver und 29 AC 7 22.3. 10-6 0_ 1500 Ll. Smith

:30 750-- T 5 24,4· 10-6 20- 200 0 1 750-T 101 24,4. 10-6 20-- 200 0

31 XA 750-T Ii 22,8 . 10-6 20-100"

23,8 . 10-6 20-200° XA H. Y. Hunsicker; 750-T 91 23,8. ]()-6 20- 200 0

H. 1'. Hunsicker :32 XB und L. W. Kemp

750·- T 5 24,1 . 10-6 20-200°

33 XB 808-0 23.9 . 10-6 20-200° XB I 80S-H 12 2:~.9 . 10-6 20-200"

gestellt i"t. Wenn auch diese Losung fiir hochbelastete Lager nicht anwend bar ist, so diirfte sie doch in vielen Fallen bei mittlerer und kleiner Beanspruchung brauchbar sein.

Bei Leichtmetallagern in Gehausen aus Aluminiumlegierungen sind die Schwierigkeiten naturgemiiB viel geringer, da die Ausdehnungskoeffizienten in dies em Fall meist nur geringe Unterschiede besitzen.

4. Zusammeufassung.

Riickblickend ist somit festzustellen, daB die Entwicklung der leichten Gleitlagerlegierungen auf Aluminiumbasis durch zwei Faktoren veranlaBt worden ist:

1. Vermeidung von schwieriger beschaffbaren Metallen; 2. Entwicklung von Lagerlegierungen fiir hohere Beanspruchuug.


Die Entwieklung ist dureh gute meehanisehe und physikalisehe EigenAehaften versehiedener Aluminiumlegierungen gefordert worden; sie ist jedoeh dureh die Sehwierigkeit, insbesondere bei hoher Beanspruehung ein giinstiges GleitverhaIten in allen Betriebszustanden zu erzielen, behindert worden. Es sind bisher trotz dieser Sehwierigkeit viele brauehbare Aluminium-Gleitlagerlegierungen vorgesehlagen worden, uber deren gunstigste Zusammensetzung bis heute noeh keine Ubereinstimmung besteht. Es darf als sieher geIten, daB der Einbau einer weiehen, niedrigsehmelzenden Gefugekomponenten fur die Gleiteharakteristik der Aluminiumlagerlegierungen von groBem Vorteil ist.

Es ist sehwierig, aus dem vorliegenden Beobaehtungsmaterial ein eindeutiges und klares Bild uber die Leistungsgrenzen der ausfUhrlieh besehriebenen Legierungen zu gewinnen. Dies hangt damit zusammen, daB die von versehiedenen Beobaehtern an sehr versehiedenartigen Legierungen gemaehten Feststellungen nieht unmittelbar miteinander vergIeiehbar und in vielen Fallen zu einem VergIeieh aueh nieht genugend vollstandig sind.

Trotz dieser Sehwierigkeit geht aus der allgemeinen Entwieklungsriehtung der letzten Jahre hervor, daB weiehere Aluminiumlegierungen gegenuber harteren den Vorzug verdienen. 1m ganzen gesehen bleibt naeh bisherigen Erfahrungen die praktisehe Anwendung von Aluminiumlegierungen am besten auf Gleitlager mit mittlerer Belastung und Gleitgesehwindigkeit besehrankt, wobei die Lagertemperatur 1000 mogliehst nieht ubersehreiten soIl.

Die vorliegen~en Ergebnisse lassen aber die Behauptung gereehtfertigt erseheinen, daB insbesondere in den letzten Jahren ein groBer Fortsehritt erreieht worden ist und daB unter der Vielzahl der bisher genannten Legierungstypen sieh fUr viele Lagerungen brauehbare Legierungen aussuehen lassen. Als Riehtlinie hierbei kann eine Studie von O. H. Hummell dienen, auf die hier absehlieBend hingewiesen sei.

1 Hummel, O. H.: Neuzeitliche Gleitiagerwerkstoffe und ihre Verwendung, Arch. f. Metallkde., Bd. 1 (1947) S.427/31.

E. Legierungen mit Silber als Hauptbestandteil.

Von Dr.-Ing. H. Mann, Osnabriick.

1. Entwicklung.

Die Entwicklung auf dem Gebiet der Kolbentriebwerke, insbesondere der Hochleistungsmotoren fiir Luftfahrzeuge, hatte fiir die Grund- und Treibstangenlager so hohe dynamische Belastungen gebracht, daB sich urn das Jahr 1925 der Austausch des bisher verwendeten hochzinnhaltigen WeiBmetallagers mit Stahlstiitzschale wegen nicht mehr ausreichender Dauerfestigkeit als notwendig erwies.

An die Stelle des WeiBmetalls trat die Bleibronze, die nach hinreichender Dberwindung ungewohnlich groBer GieBschwierigkeiten im Verbund mit Stahl ein Gleitlager erbrachte, das iiber lange Zeit als def am hochsten belastbare Lagertyp fiir den genannten Verwendungszweck gelten konnte und sich trotz Herstellungsschwierigkeiten, AusschuBAnfalligkeit und Kosten fUr die Ausriistung von Flugmotoren und hoch belasteten Fahrzeugmotoren, insbesondere Dieselmotoren, als einzige befriedigende Gleitlagerbauart durchsetzte.

Wahrend dieser Stand der Technik im Fahrzeugmotorenbau bis heute allgemeine Giiltigkeit behielt, bahnte sich im Flugmotorenbau der Vereinigten Staaten seit dem Jahre 1938 eine neue Entwicklung an, namlich die Verwendung von Silber als Lagermetall und als mittlere Schicht in Dreistofflagern.

Diese Entwicklung nahm urn 1934 ihren Ausgang in Studien des Bureau of Standards und des Battelle Memorial Institute iiber Eigenschaften und technische Verwendungsmoglichkeiten des Silbers!, und zwar auf Veranlassung der Silberproduzenten, die zu dieser Zeit ernste Absatzschwierigkeiten hatten.

Dabei wurde auch die Verwendung von Silber als Lagermetall in Betracht gezogen und insbesondere durch Arbeiten von Dayton2 wesentlich gefOrdert. Diese Arbeiten richteten sich vorzugsweise auf den Austausch der Bleibronze-Verbundlager durch Silber-Verbundlager, wobei· die Silberauflage sowohl durch AngieBen wie durdh Knetplattierung oder durch galvanischen Niederschlag auf weichem FluBstahl hergestellt wurde.

. 1 Rogers, B. A., 1. C. Schoonover, L. Jordan: Circular of the Natioual Bureau of Standards C 412, issued October 2,1936, S.4/1O. - Dayton, R. W., H. W. Gillett, Rep. Batelle Memorial lust. (1938/39) to the Silver Research Committee.

2 Dayton, R. W.: Metals & Alloys Bd.9 (1938) S.323/28; Bd.1O (1939) S.306/1O.

Entwicklung. 205

Die Entwicklungsarbeiten richteten sich bald vorzugsweise auf galvanisch hergestellte Schichten, da sich diese Herstellungsweise durch die Beherrschung der Schichtstarke und durch das dabei erzielte feine Korn auszeichnete, wahrend eine ausreichende Bindung durch eine nachfolgende Warmebehandlung gesichert wurde. Die galvanische Auftragung erlaubte auch die Herstellung von Silberschichten mit einem Bleigehalt von 3 bis 5%' durch den man eine Verbesserung der Notlaufeigenschaften des reinen Silbers anstrebtel .

Die Gleitlagerfabrik des Flugzeugmotorenwerkes Allison der General Motors Corporation fOrderte die Entwicklung um 1940 durch serienmaBige Ausriistung ihres Motors V 1710 mit galvanisch hergestellten Silberlagern2• Pratt & Whitney nahmen etwa um die gleiche Zeit fUr das groBe Pleuellager ihrer Sternmotoren den Austausch von Bleibronze durch Silber vor, und Packard folgte diesen Beispielen bei der Ausriistung des von Rolls-Royce im Lizenzbau iibernommenen "Merlin"3. In allen Fallen handelt es sich, soweit unsere Unterlagen reichen, um galvanisch auf eine Stahlstiitzschale unter Verwendung einer Kupferoder Nickelzwischenschicht aufgetragene Feinsilberschichten von 0,3 bis 0,5 mm Starke, auf die Blei und Zinn oder Blei und Indium in einer Gesamtstarke von 0,02 bis 0,04 mm galvanisch aufgebracht und durch anschlieBende Erwarmung auf Temperaturen um 180 0 zur Diffusion miteinander und mit der Silberschicht gebracht wurden.

Lager mit Silberschichten, die zur Verbesserung der Laufeigenschaften nach dem Vorschlag von Dayton4 einige Prozent Blei enthalten, waren zwar Gegenstand umfangreicher Entwicklungsarbeiten amerikanischerl und anschlieBend deutscher5 Stellen, wurden aber u. W. bislang in den Serienbau von Hochleistungsmotoren nicht eingefiihrt.

Der heutige Verwendungsbereich des Silbers als Lagermetall diirfte dem Stand des Jahres 1945 insofern noch entsprechen, als es im amerikanischen Flugmotor die Bleibronze bei der Kurbelwellenlagerung im wesentlichen verdrangt hat. Uber diesen Verwendungsbereich diirfte das Silberlager jedoch bisher weder in den Vereinigten Staaten noch in anderen Landern wesentlich hinausgekommen sein. 1m Kurbeltriebwerk

1 Faust, C. L., B. Thoma8: Trans. Elektrochem. Soc. 74 (1939) S. 185 - Faust, C. L.: Elektrochem. Soc., Preprint 78-7 (1940). - Mather8, F. C., A. D. Joh1UJon: Trans. Elektrochem. Soc. Bd. 74 (1938) S.229.

2 Bregman, A.: Iron Age Bd. 150 (1942) S.65/67. - Etchells, E. B., A. F. Underwood: S. A. E. Journal Bd. 53 (1945) S.497/503.

3 Heron, S. D.: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949, S.58. 4 Dayton, R. W.: Metals & Alloys Bd. 10 (1939) S. 306/10. 5 Beerwald, A. L. Dorinckel: Z. Elektrochem. angew. physik. Chemie Bd. 48

(1942) S. 255. - RaUb, E., A. Engel: Z. Elektrochem. angew. physik. Chemie Bd.49 (1943) S.89/97. - RaUb, E.: Naturkde. u. Medizin in Deutschland 1939 bis 1946, Bd. 33, Metallkde. NE-Metalle S. 122/26.

206 H. Mann: Legierungen mit Silber als Hauptbestandteil.

des Flugmotors hat es sich den Ruf des Gleitlagers mit der hochsten Belastbarkeit erworben, d. h. eines Gleitlagers, das in Triebwerken hochster z. Z. ublicher dynamischer Belastungen neben genugender Festigkeit auch allen anderenAnspruchen insbesonderehinsichtlichEinlauf und Notlauf in ausreichendem MaB gerecht wird.

2. Gestaltung.

Silber muB wegen seines Preises bei industriellem Einsatz sparsam verwendet werden. Bei seiner Verwendung als Lagermetall stand daher von vornherein fest, daB es nur fUr hochwertige Maschinen und uberdies nur als dunne Schicht in Verbundlagern in Betracht gezogen werden kann.

Die ersten Versuche zur Herstellung von Silber-Verbundlagern1 richteten sich auf das AngieBen von Buchsen aus weichem FluBstahl unter Verwendung der fUr Bleibronze-Verbundlager ublichen Verfahren. Zur Uberwindung von Bindungsschwierigkeiten wurden Zwischenschichten aus Kupfer verwendet. GieBschwierigkeiten, Grobkornbildung und Schmelzverlust fUhrten aber bald zur Abkehr yom VerbundguB und zum Studium der galvanischen Plattierung, und diese Methode hat sich fUr die Herstellung von Silber-Verbundlagern durchgesetzt, da sie folgende Vorzuge aufweist. Die Stetigkeit und Treffsicherheit des Verfahrens ist bedeutend hoher als beim VerbundguB. Die Silberschicht kann sparsam in genau regelbarer Starke auch auf unregelmaBig geformte oder beidseitig zu plattierende Stutzkorper, wie sie bei Motorenlagern vorkommen, aufgetragen werden.

Die Hauptschwierigkeit bei der galvanischen Plattierung liegt in der Erzielung guter Bindung mit der Stahlstutzschale, zumal da schon kleine Versaumnisse bei Durchfuhrung der Badbehandlungen Bindungsfehler verursachen konnen, die der Erfassung durch die Kontrolle nur schwer zuganglich sind. Der Entwicklung und Kombination geeigneter Kontrollmethoden wurde deshalb besondere Aufmerksamkeit gewidmet.

Die galvanisch aufgetragenen Silberschichten sind so feinkornig, daB· die KorngroBenbestimmung im Schliff nicht mehr moglich ist. Die Schichten sind in diesem Zustand unerwunscht hart. Die Lagerkorper werden deshalb eine Stunde bei 500 bis 540 0 C in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphiire gegluht, wodurch die Bindung mit dem Stutzkorper verbessert wird und das Silber auf eine KorngroBe von etwa 35 ft rekristallisiert, wobei die Harte auf 60 bis 85 Rockwell 15 Wabfallt.

Die Oberflache der Silberschicht wird - etwa durch Raumen - feinbearbeitet und kann in dies em Zustand in einer begrenzten Zahl von Anwendungsfallen als Laufflache verwendet werden, so z. B. fur schwin-

1 Sleight, I. C., L. W. Sink: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949, S.65/69_

Gestaltung. 207

gende Lager, wie sie der AuBenbelag der Pleuellager von V-Motoren darstellt. Ffir die normalen Zapfenlager der Kurbelwellen hat sich die Laufschicht aus Silber als zu empfindlich gegeniiber den Unzulanglichkeiten bei Einlauf undNotlauf erwiesen1, und zwar offenbar aus Mangel an Einbettfahigkeit (embeddability) und Benetzbarkeit (oiliness).

Diese Beobachtung fUhrte zur Anwendung einer besonderen Laufschicht in Form einer galvanisch auf das Silber aufgetragenen Blei-Zinnoder Blei-Indium-Schicht von 15 bis 40 f-l Starke2• Dabei wird erst Blei und dariiber Zinn oder Indium aufgebracht und dann beide durch Erwarmung, z. B. bei 175 0 2 Stdn. im Olbad, zur Diffusion miteinander gebracht.

Deckschichten dieser Art wurden bereits bei den Bleibronzen behandelt (vgl. S. 312 f) und als wertvolles Mittel zur Erleichterung des Einlaufs und zur Erhohung der Korrosionsbestandigkeit gekennzeichnet. Bei Silberlagern ist diese Deckschicht aber - von den angedeuteten Ausnahmen abgesehen - nicht nur vorteilhaft, sondern zur Wahrung der Betriebssicherheit sogar unerlaBIich. Wir haben es also - genau betrachtet - gar nicht mit einem Silberlager im eigentlichen Sinne des Wortes zu tun, sondern mit einem Mehrschichtenlager, bei dem das Silber die Rolle der Zwischenschicht iibernimmt, der bei guter mechanischer Festigkeit, insbesondere Dauerfestigkeit, und ausreichenden Laufeigenschaften, guter Bindung und hervorragender Warmeleitfahigkeit im NormltIfall nur die typischen Aufgaben eben dieser Zwischenschicht und nur im AusnahmefaII die Aufgaben der eigentlichen Laufschicht zufaIIen.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Silber durch Zuschlag anderer MetaIIe in seinen Eigenschaften als LagermetaII zu verbessern. Auch dazu wurden vornehmlich galvanische Verfahren herangezogen.

Der VerbundguB reinen Silbers mit Stahl wurde, wie bereits erwahnt, vornehmlich aus wirtschaftlichen Erwagungen bald wieder verlassen. Bemerkenswert ist eine aus den Erfahrungen der Wright Aeronautical Co. gewonnene Erkenntnis, daB grobes Korn bei elektrolytisch aufgebrachten und anschlieBend rekristallisierten Silberschichten fUr die Bewahrung als Lagerwerkstoff im Flugmotor keine Nachteile brltChte3. Erfahrungen dariiber, ob dies auch fUr angegossene Schichten gilt, werden nicht mitgeteilt.

Das Aufbringen der Silberschicht durch Druck- oder Knetplattierung in der Warme, wie beim Doublieren in der Edelmetallindustrie iiblich, ist kurz nach Aufbau der galvanischen Anlagen ffir die Riistungsfertigung

1 Dayton, R. W.: Metals & Alloys Bd. 9 (1938) S.323/28. - 2 Mullin, U. A.: Monthly Review, American Electroplaters' Soc. Bd. 31 (1944) S. 898/903. -Wright, 0.: Journal Electrodepositors Tech. Soc. Bd. 20 (1944/45) S. 1/15. -3 Palstdich, J., R. W. Blair: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949, S.223/24.

208 H. Mann: Legierungen mit Silber als Hauptbestandteil.

in den USA um 1942 mit bestem Erfolg erprobt worden, kam jedoch nicht in groBerem Umfang zur EinfUhrung 1•

-Cber die Methodik der galvanischen Auftragung und der verwendeten Bader gibt ein umfangreiches amerikanisches Schrifttum2 und auch deutsche Berichte3 eingehende Auskunft.

Besonders hingewiesen sei auf den Bericht von Raub3, der uber unveroffentlichte deutsche Arbeiten aus der Zeit des zweiten Weltkrieges zusammenfassend referiert. Aus seinen Angaben spricht ebenso wie aus dem amerikanischen Referat von Dayton und Faust2 aus dem Jahr 1940 das intensive Bemuhen der Entwicklungsstellen, Blei-Silber-Legierungen an Stelle von Reinsilber zu verwenden, um entsprechend wie bei den Blei-Kupfer-Legierungen durch das Blei die fehlenden Lagereigenschaften zu erganzen, zumal schon 3 bis 5% Blei eine wesentliche Besserung bezuglich "oiliness" bringen sollen4• Obwohl der VerbundguB nach dem Zustandsdiagramm Blei-Silber5 zu einer gleichartigen Struktur fUhrt wie bei Bleibronze, wurde der elektrolytischen Auftragung im cyanidischen Bad, wie beim Reinsilber-Niederschlag ublich, aus wirtschaftlichen Grunden der Vorzug gegeben.

Die galvanische Technik stellt bei dieser Art von Komplexbadern erhebliche Anforderungen an die Konstanthaltung der Arbeitsbedingungen, sodaB - jedenfalls bei den deutschen Arbeiten - die wunschenswerte Treffsicherheit noch nicht gewahrleistet war. Unerwunscht war auch die hohe Harte der Schichten, die mit etwa 70 kg/mm2 Brinell uber denen von Reinsilberschichten lag.

Die Anwendung von Blei-Silber-Schichten ist aus den genannten Grunden trotz erfolgreicher Versuchslaufe nach unserer Kenntnis an keiner Stelle aus dem Erprobungsstadium herausgekommen.

Da die Verwendung von Silber fur Lagerzwecke auch fur den begrenzten Kreis von Hochleistungslagern fUr solche Triebwerke, in denen Bleibronzelager die Grenzen ihrer Leistungsfahigkeit erreichen oder uberschreiten, in Europa problematisch bleiben wird, sei abschlieBend auf die von Raub und Mitarbeitern eingeleiteten Versuche zur Verwendung galvanisch aufgebrachter Kupferschichten6 hingewiesen. Die mit-

1 Sleight, 1. C., L. W. Sink: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949, S.66· 2 Dayton, R. W., C. L. Faust: "The use of silver in bearings" in "Silver in

industry" edited by L. Addicks. New York 1940, S. 221/35. - Schaefer, R. A.: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949, S.189-198.

3 Bollenrath F.: Metalloberflache Bd. 1 (1947) S.3/10. - Raub, E.: Naturkde. u. Medizin in Deutschland 1939-1946, Bd. 33, Metallkde. NE·Metalle, S.122/26.

4 Dayton, R. W.: Metals & Alloys Bd. 10 (1939) S. 306/10. 6 Hansen, M.: Aufbau der Zweistofflegierungen, Berlin 1936, S. 46/47. 6 Raub, E.: Naturkde. u. Medizin in Deutschland 1939-1946, Bd. 33, Metallkde.

NE·Metalle S. 126/27.

Gestaltung. 209

geteilten Ergebnisse lassen eine Fortfuhrung dieser Arbeiten unter Auswertung der uber zURatzliche Deck- und Laufschichten auf Bleibasis gewonnenen Erfahrungen aussichtsreich erscheinen.

Eines darf bei der Betrachtung galvanisch hergestellter Mehrschichten-Verbundlager nicht ubersehen werden. Wegen der Art und geringen Starke der Schichten handelt es sich um einbaufertige Lager und nicht um solche, die im Lagerstuhl des Motors, also am Verwendungsort, fertiggebohrt werden. Auch die amerikanische Flugmotorenindustrie muBte in dieser Beziehung beim Ubergang yom Bleibronze-VerbundguBLager zum galvaniseh hergestellten Silberlager eine sehwierige Fertigungsumstellung vornehmen. Dieser Hinweis erseheint um so wesentlieher, als die europaische Gleitlagerfertigung vorerst nur zum geringeren Teil auf die Austausehfertigung einbaufertiger Lagersehalen und die entspreehende Tolerierung von Gehause und Welle eingestellt ist.

Die Bewertung, die galvanisehe Methoden fur die Gleitlagerfertigung in den Vereinigten Staaten erfahren, sei dureh den Hinweis gekennzeiehnet, daB die Leitung der Entwieklungs- und Versuchslaboratorien einer groBen Gleitlagerfabrik, der sehr bedeutende Fortschritte auf den Gebieten des Verbundgusses, der Bandverfahren und des einbaufertigen Dunnblechlagers zu danken sind, einem Experten auf dem Gebiet der Galvanoteehnik anvertraut wurde.

14 KUhnel, Gleltlager 2. Aufl.

F. Legierungen mit Zink als Hauptbestandteil. Von RR Dr. E. Martin, Minden.

Mit 18 Abbildungen.

Als Zinklagermetalle werden die Lagermetalle bezeichnet, die tiberwiegend Zink als Legierungskomponente enthalten. Da die Zinklegierungen immer dann starker eingesetzt wurden, wenn die Beschaffung yon Zinn und Kupfer schwierig war, fallt ihre Weiterentwicklung tiberwiegend in diese Zeitraume. DaB man yon den Zinklegierungen wieder auf die Zinn- und Kupfer-Basislegierungen tiberging, wenn dieser Notstand beseitigt war, lag daran, daB die verwendeten Zinklegierungen zunachst erhebliche Mangel aufwiesen. Erst als die Forschung, vorwiegend in Amerika, den Zinklegierungen ihre yolle Aufmerksamkeit schenkte und feststellen konnte, worauf das Versagen der Zinklegierungen - selektive Korrosion und MaBanderung - zuriickzufiihren war und wodurch es verhindert werden konnte, setzte eine stiirmische Entwicklung auf dem Gebiet der Zinklegierungen ein, man ging dabei auch an die Erprobung und schlieBlich an die Verwendung von Lagermetallen auf Feinzinkbasis

1. Entwicklung der Zinklagermetalle.

Urn einen Uberblick tiber die Entwicklung der Zinklagermetalle zu bekommen, seien aIle die Legierungen im folgenden erwahnt, die zum Ersatz fiir WeiBmetaIle und Bronzen herangezogen wurden. Rein empirisch wurden schon vor 1914 Legierungen aus meist mehreren Komponenten, zu denen Aluminium, Kupfer, Zinn, Blei, Nickel, Antimon, Kadmium, Kalzium und Eisen gehoren, zusammengestellt und mit mehr oder weniger Erfolg als Lagermetall eingesetzt. Meistens versuchte man das teure Zinn zu ersetzen. Priifstandversuche und Angaben tiber ihre Bewahrung im Betrieb fehlen, so daB iiber diese Legierungen keine naheren Angaben gemacht werden konnen. Sie sind in der Zahlentafel 1 aufgefiihrt, die ebenso wie die folgenden drei der Dissertation von Paul Gieren1

entnommen sind. Rei diesen Legierungen handelt es sich noch vorwiegend urn Zinnlegierungen, deren Zinnanteil durch Zulegieren von Zink und teilweise auch Blei vermindert wurde. 1m Anfang des ersten Weltkrieges ging man so vor, daB man den Zinkanteil und Bleianteil vergroBerte, urn dadurch Zinn zu sparen. Diese zinnhaltigen Legierungen sind in Zahlen-

1 Gieren, P.: Dissertation Berlin 1919.

1 1 1 1 1

Entwicklung der Zinklagermetalle.

Zahlentafel 1. Vor dem Kriege bekannte Zinklegierungen.

Zusammensetzung Bezeichnung

Sn'l, Pb'l, I Cu'l,

1. Germania-WeiBbronze (Elefanten-marke) ....................... . 8 1-2 4-5

2. Tandem-WeiBbronze Nr. 1 (thorny-kroft fiir die Marine) ............ 72,25 - etwa 1,25

3. Tandem-WeiBbronze Nr.2 (nach Par8on) ...................... . 58,5 - etwa 2

4. Tandem-WeiBbronze Nr.3 ....... 30 etwa 2 4-5 5. Tandem-WeiBbronze Nr.4 (naeh

Fenton) ........................ 16 - 4-5 6. Tandem-WeiBbronze Nr.5 ....... 8 2-3 7-8 7. Hammonia-Metall .............. 60 - 2-4 8. LagerweiBmetall (naeh Par8on) ... 68 2 2 9. Tandem-WeiBbronze Nr.l (naeh

Par8on, mit AI) ................ 54,6 - 3 O. Amerikanisehes Metall (fur den

Automobilbau) ................. 65 1,5 4,5 1. Anti Attrition Metal London ..... 38 - 2,0 2. Anti Attrition Metal London ..... 11 - 4 3. Franzosisehe Kriegsmarine ....... 7,5 4 4 4. Lagermetall LC ................ 12 - 2-4 5. Leddel Metall fiir Automobilbau . - - 5

211

Al % I Zn'l,

- Rest

- Rest

- Rest - Rest

- Rest - Rest - Rest - Rest

1 Rest

- Rest - Rest - Rest - Rest - Rest 5 Rest

tafe12 aufgefiihrt. Sie haben sich zum Teil als Ersatz fiir die hochzinnhaltigen Legierungen bewiihrt. Zeiten der Zinnknappheit konnten damit iiberbriickt werden. Danach wurden sie jedoch nicht beibehalten.

Zahlentafel 2. Zinnhaltige Krieg8zinkleJierungen.

Zusammensetzung Bczeichnung

I Bn'l, Sb "I, Pb'l, Cu'l, Zn'l,

16. Kriegsmetall 1915 .............. 3 - etwa 2 4 Rest 17. Eisenbahn-Zinklegierung EZL Nr. 1 21,3 etwa 3 12 3,3 Rest 18. Eisenbahn-Zinklegierung EZL Nr. 2 19 etwa 3 16,6 3,2 Rest 19. Aalener Zinklegierung (naeh Baurat

HaIJler) ......................... 20,51 3,03 21,6 3,49 Rest 20. Kriegsbronze 1916 .............. 10,7 - 6 7,9 Rest 21. Olpea-WeiBbronze ............... 6,5 Spur 2 3,5 Rest 22. Glyeo-WeiBbronze ZD ........... 6,2 1 4,45 3,75 Rest 23. Saxonia-Bronze ................. 3-5 0,7 2,5 6-8 Rest

Weiter fiihrte die Verknappung im ersten Krieg zur Entwicklung der zinnund bleifreien Legierungen, deren Zusammensetzung in Zahlentafel 3 angegeben ist. Eine Verbesserung sollte der Zusatz von Mangan zu den Zink-Kupfer-Aluminiumlegierungen bedeuten, die in der Zahlen-

14'

212 E. Martin: Legierungen mit Zink als Hauptbestandteil.

Zahlentafcl 3. Zinntreie Kriegszinklegierungen sog. Ersatzbronzen.

Zusamnlen~ehung Bezeichnung

eu 0/0 AI'/. Zn 0/0

24. Spandauer Legierung ................ 4-5 2,5-3,5 Rest 25. Pepenburger Zinklegierung (Elefanten-

marke) ........................... , 5-6 2-3 Rest 26. Erhard-Bronze ...................... 8 3 Rest 27. Erhard-Bronze ...................... 9 1 Rest 28. Goldschmidt Essen ................. 6-7 5-6 Rest 29. Kriegsbronze rot Siegel ............. 4 2 Rest 30. Kriegsbronze griin Siegel ............ 6-7 2 Rest 31. Kriegsbronze gelb Sie<sel ............ 8-9 2 Rest 32. Ava·Metall ......................... 2 2 Rest 33. Bronze 1917 ....................... 4 1 Rest

tafel 4 aufgefiihrt sind. Uber die Anwendung ist jedoch nichts bekannt geworden. Weitere Zinklagermetalle sind noch yon M. v. Schwarz zusammengestellt (Zahlentafe15) und in dem yom Fachausschu13 fUr Werk-

Zahlentafel 4. Manganhaltige Ersatzbronzen.

Zusamnlensetzung Bezeichnung

Cu'!. AI'/. Mn'/. Zn'/.

34. Hohenzollern.Lager-WeiBmetall 4-5 etwa 2 1-2 Rest 35. Goldschmidtsche WeiBbronze ... etwa 5-6 2-3 etwa 1 Rest

Zahlentafel 5. Zinklagermetalle nach M. v. Schwarz.

Zusammensetzung Bezeichnung und Yerwendung

I Zn'/. Bn ./. Cu ./. Pb ./. Sb ./. Cd'/.

Lagermetall ................ 90 1,5 7 - 1,5 --

Lagermetall ................ 88 2 8 - 2 - -

Sulzer Antifriktionsmetall .. . 83,6 9,9 4,0 1,2 - - .

Pierrots Lagermetall ....... 83,3 7,6 2,3 3,0 3,8 -

Englisches Lagermetall ...... 80 14,5 5,5 - - -

Englisches Lagermetall ...... 76,1 17,5 5,6 - - -

Glievor·Metall .............. 73,5 6,9 4,3 4,9 8,9 1,4 Englisches Babbitmetall ..... 69 19 4 5 3 --

Lagermetall von Dunlevic ... 52 46 1,6 - 0,4 ---

Lager fiir Transportwagen .. 50 25 - 25 - --

Wagners Za pfenlagerlegierung 47 38 1 4 6 -.

KnieB' Lagermetall ......... 40 15 3 42 - --

Germania·Bronze ........... 80,4 9,6 4,4 4,7 0,8 Fc Ehrhardt-Bronze ........... 84,4 0,2 10,9 1,2 2,5 Al Saxonia·Bronze . . . . . . . . . . . . 84,8 5,3 6 3 0,2 Al Tandem·Bronze .. . . . ..... 66 21,5 7

I 4,8 0,2 Al

Glyco.Metall ............... 85,5 5 2,4 4,7 2 Al

Aufbau der Zinkiageriegierungen. 213

stoffkunde beim VDr herausgegebenen Ubersichtsblatt r yom Dezember 1936 (Zahlentafel 6) zu finden.

Da diese L3gierungen jedoch nicht mit Feinzink hergestellt wurden, sind sie ohne Bedeutung geblieben.

Zahlentafel 6.

Zusammensetzung Bezeichnnng

Sn'l, en'/, AI'/, Ph '/, Zn'l,

Glyco.Metall (alter) ....... . 5 2,4 2 4,7 85,5 Glyco-WeiBbronze ZD .... . 6-9 Cu, Al und Pb Rest 84-86 Glyco-WeiBbronze ZD 10 L. Sn, Cu und Al Rest 5-6 81-82

16

1

4

1

- - 80 6 3 - 2 89 6,7 4,4 - 5 73,5

Tandem-WeiBbronze ...... . Erhardt-Bronze .......... . Glievor-Lagermetall ....... .

Kadmium 1,40/ 0, Antimon 90/ 0

5-7

1

4-5 1 025-1

2-3

1

85-88 - 4-5 bis' 2,5 - 92-95 - 3-4 95-96

Germania-Bronze ......... . Papenburger Bronze ...... . Erka L ................ .

unter 10/ 0 Cu, Mg und Si - 5

I 3 - 92

- 8 4 - 88 Erka 5 .................. . Erka 8 .................. .

I - 2-8

I 2,5-5 - 86-92

- 0,7 4,4 Spur Mg 95,7

Ebbinghaus-Zink-Sonder-lagermetalle ....... .

Ney-Lagermetall ........ .

2. Aufbau der Zinklagerlegierungen.

Durch die rege Forschungstatigkeit auf dem Gebiet der Zinklegierungen vor allem in der Zeit zwischen 1935 und 1940 hatte man erkannt, weshalb die Zinklegierungen, die im ersten Weltkrieg als Ersatz fUr Kupferlegierungen verwendet wurden, so oft versagten. Der EinfluB kleiner Verunreinigungsmengen und der Umwandlungsvorgange wurden erkannt und die theoretischen Grundlagen durch Ausarbeiten der wichtigsten Zustandsdiagramme geschaffen. AuBerdem war man in der Lage, Zink hohen Reinheitsgrades herzustellen, so daB Feinzink mit einem Reinheitsgrad bis zu 99,9950/ 0 zu einem normalen Preis zu erhalten war. Hiermit setzten auch systematische Untersuchungen an Lagermetallen auf Zinkbasis ein, die zum Ziel hatten, die Zinklegierungen mit den besten Laufeigenschaften zu ermitteln. Wahrend bisher die fiir Lagerlegierungen yerwendeten Legierungen meistens Zinn und Blei enthielten, wurden diese Untersuchungen vorwiegend an Zinklegierungen auf Feinzinkbasis vorgenommen, die Al und eu bzw. nur Al enthielten. Vereinzelt wurden auch Legierungen, die aus Rohzink erschmolzen waren und neben Aluminium Blei enthielten, untersucht. Die guten Laufeigenschaften der Legierungen fiihrten zum erhohten Einsatz im Krieg. Sie fan den als

214 E. Martin: Legierungen mit Zink alB Hauptbestandteil.

Lagerlegierungen Eingang in die Norm. 1m Normblatt DIN 1724 vom Juli 1944 waren zwei Legierungen genormt:

1. Zn - Al4 - Cu 1 (3,5 - 4,5% AI, 0,6-1,0% Cu, 0,02-0,05% Mg, Rest Feinzink).

2. Zn-Cu 5-Pb 2 (4-5% Cu, 2,0-2,5% Pb, 0,5-1,0% Sn) aus Rohzink erschmolzen 1,2.

Lagerlegierungen mit hOherem Aluminiumgehalt bis zu 30 0/0' die, wie unten dargelegt wird, bessere Laufeigenschaften haben, wurden nicht genormt, da Aluminium im Krieg fiir dies en Zweck nicht freigegeben werden konnte.

Die Legierungen, die sich auf Grund systematischer Versuche und auch schon praktisch bewahrt haben, sind auBer den oben genannten die Legierungen Zn - AI10 - Cu 13, sowie die auf Feinzinkbasis hergestellten Legierungen mit 30 % Aluminium (rd. 700/ 0 Feinzink und 300/ 0

AI) und die gleiche Legierung unter Zusatz von 1% Cu. Als weitere Legierung wurde noch die mit Rohzink erschmolzene Legierung mit 30% Al

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Zn. to 20 JO I/O 50 oil 1IJ 60 90 Al, At- 6eholf (jew- %

Ahb. 14~. Zustandsdiagramm des Systems Zn-Al. (Naeh Burkhardt.)

und 1,25% Blei gepriift. Sie enthielt aus dem Rohzink stamm end als Vel'unreinigung 0,500/ ° Fe4•

Del' Gefiigea ufba u del' Legierung Zn - Al 30 ist aus dem in Abb. 148 wiedergegebenen Zustandsdiagramm des Systems Zn -Al zu entnehmen. Die Legierung erstarrt un tel' Ausscheidung von homogenen IX-Mischkristallen5, die sich beim Unterschl'eiten del' Kurve IX-IX' in zwei Misch

kristalle verschiedener Konzentration spalten. Heim Erreichen del' eutektoiden Zerfallstemperatur von 272 0 geht del' Zerfall in del' Weise weiter, daB del' in groBerer Konzentration vorhandene IXMischkristall eutektoid zerfaIlt, wahrend sich nach Heendigung des eutektoiden Zerfalles aus dem IX-Mischkristall mit sinkender Tempel'atur zink-

1 Beerwald, A. u. L. Dohler: Archiv Metallkde. Bd. 1 (1947) S. 412. 2 Schwarz, M. v.: Metall u. Erz Bd. 41 (1944) S. 124. 3 Schmid, E. u. R. Weber: Metallwirtschaft, Metallwiss., Metalltechn. Bd. 18

(1939) S. 1005. - 4 Litzenburger, Th.: GieBerei Bd. 30 (1943) S. 166. 5 Die flachenzentriert-kubischen Mischkristalle auf der Aluminiumseite des

Diagrammes werden nach dem Vorschlag von Koster und Moller (Z. Metallkde. Bd. 33 (1941) S. 278) entgegen der fruheren Bezeichnung mit a bezeichnet. In fruheren Arbeiten wurde dieser Mischkristall mit fJ bezeichnet.

Aufbau der Zinklagerlegierungen. 215

reiche 1]-Mischkristalle ausscheiden. Die Erstarrungs- und Ausscheidungsvorgange der Legierung Zn - Al 30 - eu 1 spielen sich praktisch in gleicher Weise ab, da der geringe Kupferzusatz von !O/o noch keinen groBen EinfluB auf die Erstarrungs- und Ausscheidungsvorgange ausiibt. Es scheiden sich lediglich geringe Mengen eineskupferreichen c - Mischkristalles aus.

Dasselbe gilt auch flir die Legierung Zn - Al 10 - eu 1. Rei dieser Legierung scheiden sich primar an Zink gesattigte kupferhaltige oc-Mischkristalle aus. Es schlieBt sich die Kristallisation eines aus oc und 1]-Mischkristallen bestehenden Eutektikums an. Die oc- und 1]-Mischkristalle enthalten eben falls Kupfer in fester Losung. Aus dem primar Abb . 149a. NormalerKokillengul3 (Metallbarltempera-und sekundar ausgeschiedenen I,m 410'. Formtemperatnr 350'). Vergr. 200.

oc-Mischkristall scheiden sich bei weiterer Abkuhlung zinkreiche 1]-Mischkristalle aus, bis die Temperatur des eutektoiden Zerfalles (272 °) erreicht ist. Bei dieser Temperatur tritt wieder der Zerfall oc = oc' + 1] ein .

.AhnIich sind auch die Vorgange der Erstarrung und Ausscheidung im festen Zustand fiir die Lagerlegierung Zn - Al4 - eu 1 aus diesem Diagramm zu verstehen. Die Erstarrung geht unter primarer Abscheidung von 1]Zinkmischkristallen, die Aluminium und Kupfer in fester Losung enthalten, vor sich.

Abb.149b. Badtemperatur 450'. Formtemperatur 20'. Vergr.200.

Abb. 149 a und 149 b. Gefiigebilder der Lagerlegierung Zn-AI4 - Cn 1. (Nach Burkhardt. )

Daran schlieBt sich die KristaIlisation eines aus ternaren 1] und oc-Mischkristallen bestehenden Eutektikums an. Aus den primar ausgeschiedenen 1]-Mischkristallen und aus denen des Eutektikums; mussen

216 E. Martin: Lcgierungcn mit Zink als Hauptbestandteil.

Rich bei voll;;tandiger Einstellung des Gleiehgewiehtes kupferhaltige terniire c-Misehkristalle im festen Zustand ausseheiden. Das Gefiige einer derartigen Legierung ist in Abb. 149a und 14Bb wiedergegeben. Die Abb. 14Ba zeigt die Legierung Zn - Al 4 - Cu 1, die in der WeiRe yergossen wurde, daB die Metallbadtemperatur 410° und die ]'orl11-telllperatur 3500 betrug, wiihrend die Abb. 149b die gleiehe Legierung bei einer Hadtemperatur von 450 0 und einer Formtemperatur yon 20° zeigt. Das in Abb. 149b wiedergegebene Gefiige ist infolge der :-;ehnelleren Erstarrung erheblieh feinerl.

Genaue Angaben iiber die Erstarrungsvorgiinge in den Zn - Al -und Zn - Cu - Legiernngen mit Pb als dritter Komponente konnen nieht gemaeht \yerden, da die ZUHtandsdiagramme diesel' Dreistofflegierungen noeh nieht geniigend gekliirt sind. Die Erstarrung diirfte jedoeh aueh hier del' Erstarrung in den betreffenden Zweistoffbasislegierungen sehr iihnlieh sein.

Zu erwiihnen ist noeh, daB die Zinklegierungen noeh Magnesiumgehalte bis 0,03 0/ 0 enthalten, die zur Erzielung eines feinen Kornes und dem l:nsehiidliehmaehen geringer etwa noeh vorhandener Spuren yon Blei und Kadmium dienen sollen2. Hohere Magnesiumgehalte sollen nieht gewilhlt werden, da die GieBharkeit versehleehtert und Warlllrissigkeit hervorgerufen wird3 .

3. Physikalische uud mechauische Eigeuschafteu der Lagermetallegierungen.

In del' Zahlentafel 7, die einer Arbeit yon Wcber4 entnommen wurde, sind die physikalitichen und mechanischen Eigenschaften der gena,nnten Zinklagerlegierungen im Vergleich mit diesen Eigenschaften der anderen Lagerlegierungen angegeben. Der Warmeausdehnungskoeffizient liegt bei den Zinklegierungen verhaltnismiiBig hoch. Diese Tatsache ist bei der Bemessung des Lagerspieles, bei del' Herstellung von Verbundlagern und bei der Verwendung maRsiver Zinklegierungslager, wenn sie illl Hetrieb hohere Temperaturen erreichen konnen, zu beriicksichtigen. Der E-ModuI, del' einen SchluB auf das Verhalten im Betrieb zulaBt, insofern, aJs bei geringen E-Modul eine leichtere Verformung des Lagermetl111es durch die Welle eintreten kann, liegt bei den Zinklagerlegierungen zwischen den Wert en fiir Zinn-, Blei- und Aluminiul1llagerlegierungen einerReits und den Kupferlegierungen andererseitR.

1 Burkhardt, Technologie der Zinklegierungen. Springer 1940. 2 Schmidt, E. n. E. Weber: Metallwirtsch., Metallwiss .. Metalltechn. Bd. 18

(1939) S. 1005. 3 Litzenburger, Th.: GieBereiBd. 30 (1943) S. 166. 4 Weber, E.: Naturforsch. n. Medizin in Deutschland 1939-1946 Bd. :l3.

Physikalische und mechanische Eigenschaften. 217

Die Warmeleitfahigkeit der Zinklegierungen liegt erheblich hoher als die aller anderen Lagerlegierungen mit Ausnahme der Aluminiumlagerlegierungen, die in der Warmeleitfahigkeit noch etwas hohere Werte aufweisen. Die hohe Warmeleitfahigkeit kann sich bei der Ableitung der Lagerwarme giinstig auswirken, wenn auch hier der Bau und Einbau des Lagers, die Schmierung und eine eventuelle Kiihlung weit ausschlaggebender sind.

In der Harte liegen die Zinklagerlegierungen zwischen den "weichen" zinnund bleihaltigen und den "harten" Kupferlegierungen. Hierdurch ist ein Hinweis gegeben, daB die Zinklegierungen zum Austausch beider Legierungsarten in gewisser Weise herangezogen werden konnen. Bei der Warmfestigkeit liegen ahnliche Verhaltnisse gegeniiber den anderen Legierungen vor. Sie gibt eine Grenze fUr die Verwendbarkeit von Lagern, in denen hohere Temperaturen auftreten konnen ganz ahnlich wie bei den Zinn- und Bleilagerlegierungen. Die Festigkeit liegt ebenfalls im mittleren Bereich der iibrigen Legierungen, wahrend die Dehnung niedrigist. Dagegenliegt die Wechselfestigkeit hoher als bei allen

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t ~20

10

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15 20 AI, -l]p!IIJIf

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Abb. 150. Hiirte von Feinzinklegierungen in Abhiingigkeit von Al-Gehalt fiir verschiedene Temperatnren.

(Nach Litzenlmrger.)

iibrigen Legierungen.AuBer fiir diese genannten Zinklager-Legierungen sind noch die Eigenschaften fiir die Legierung Zn-Al lO-Cu 1 (9-11% AI; 0,6-1,0% Cu; 0,02---0,05% Mg; Rest Feinzink) bekannt. Sie sind: (]B = 28-32 kgjmm2 ; (j = 0,7-1,5%; HB = 90-105 kgjmm2; (]w = 10-12 kgjmm2; Ausdehnungskoeffizient IX = 27-30 zwischen 20 0

und 100 0 und die Warmeleitfahigkeit _ cal 1

A. - 0,23-0,25 em sec Grad

Litzenburger 2 hat auBerdem noch Untersuchungen iiber die Harte von Feinzinklegierungen in Abhangigkeit von dem Aluminiumgehalt bei verschiedenen Temperaturen durchgefiihrt, deren Ergebnis in der Abb. 150 wiedergegeben ist.

1 Schmid, E. u. R. Weber: Metallwirtsch., Wissensch., Metalltechn. Bd. 18 (1939) S. 1005, - 2 LitzerWurger, Th,: GieBerei Bd.30 (1943) S. 166.

14a

218 E. ~Martin: Legierungen mit Zink als Hauptbestandteil.

Zahlentafel 7. Physilcalische l' ,,f mechanische

Ausdehn. Warme-:';pez. Gew. E-Modul I Koeff.

Lit. \

1eitfahigkeit

I Lit. x lOG Lit. kg/mm

H ochzinnhaltiges WeiJ3metall ...

I I 5000 ~ 6000 I

Lg Sn 80 7,5 21 (b 100 0 C 4000)

Zinnarme u. -freie Bleilegierungen LgPbSn 6 Cd 30 LgPbSn 9 Cd 25 LgPbSn 10 ll,2-9,8 23~25 ca. 3100 LgPbSn 5 3060 LgPbSb 16 10,4 25 LgPbSb 12 25 LgPb 10,5 30 2200- 2600

I (b 1000 C 1600)

Kupferlegierungen

I Rg5 8,6 17 SnBz 6 8,8

AIMBz 10 7,6 17 12500 - 13500 l'bBz 25 (9,5) 18 (9000)

l'bSnBz13 18 l'bSnBz 22 80Ms 58 All

I I I 80Ms 58 AI2 8,1 19 10000-11000 80Ms 68

Zinklegierungen

I GZnA14 Cu 1 6,7 27 ~ IOOOn ZnAI4 Cn 1 6,7 ,1 27 1 ~ 10000 GZnCu 5 Ph 2 7,2

I

Aluminiumlegicrung

I I AlCnMgPb 2,8 (23) (7100) AlSiCuNil 2,7 20,5 7500 GAlSiCuNi I 2,7 20,5 7500 GAlSiCuNi II 2,7

I

20,5

I AlSiCuNiII 2,7

I 20,5

UGAIZnCn85 ~ 2,9 11 GAIZnCn 88 ~ 2,8

7,25 I I I i 12000-13000 I GuBeisen

I I (Spanng. zw,

I 1 n. 6 kg/mm') I Sinterwerkstoffe

I I

I I

I Bronze 6-6.5 Eisen 5~6

, Zinktaschenbllch, Zinkberatungsstelle GmbH" Halle, W, Knapp, H)42, 2; lIntere Wf'rte.

cal/em 0 C s

0,082

0,055

0,045

I 0,12

0,18 0,27

(b 1000 C 0,30)

0,15-0,17

0,25 0,25

(0,30 - 0,40) 0,34 0,32

I 0,38 0,38

I 0,07 ~O,14

I I

Die Harte steigt demnach in dem untersuchten Temperaturbereich zwischen 20° und 200 0 bis zu 10% Aluminium verhaltnismaBig stark an und andert sich dann fUr die entsprechenden Temperaturen mit weiter bis zu 32% Aluminium steigendem Gehalt nicht mehr wesentlich, und zwar verlaufen die Kurven von 10% Al ab mit h6her werdender Temperatur immer flacher. Von den fUr Laufversuche ausgewahlten drei Legierungen, deren chemische Zusammensetzung aus der Zahlentafel 8 hervorgeht, wurden ebenfalls die Warmharte, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung bei Temperaturen von 50°, 100°, 150° und 200 0 bestimmt

I

I I

I I

Lit.

1

Physikalische und mechanische Eigenschaften. 219

Eigenschaften von LagermetaUegierungen.

Harte Warmhirte kg/mm' Festigkeit Dehnnng Wechsel-festigkeit

kg/mm'

25-28

26-28 24

23-21,5 x

17 21-25 20-36

> 60 (46) 150-170 "0-200 > 130 28,5 (29)

> 6067 50 (61)

80-90 140-180 80-130

70 80 66

100-125 95-125

98 114

70-90 65-80

130-250 160-240

20-40 40-60

Lit. 50'

26-22 20

16-13x

15 12-20 16-32

1

I (40) -99

27,5 (26,7)

65 (58)

. 61 57

I

I I I I

3 DIN E 1724 (1944) .

100' 150' 200'

16-17 8-11 5-8

14-16 12

8,5-5,5 x

10 7-13 12-21

(40) (39) (39) - 98 -97 -96

26 24 22 (23) (19) (17) 63 61 60

(56) (54) (52)

46 29 18 35 16 6

90 I 85

• Unveroff. Verso Metallgesellschaft AG., Frankfurt/Main.

250' Lit. kg/mm' Lit. % Lit. kg/mm'

(20.lOG)

I I 2,9-3

9 0 2,6

I I 7 0,4 11 0 2

2

8,5-12 0,8-3 2,3-2,9

>15 >10 65

35-90 75-3 55-60 10

(7,9) (6,6) (3) 15 8 15 5

40-45 15-17 50-60 8-12 I 36-45 6-38 I

. 18-20 • 0,5-1 • 7-10 30 5 11-13

50 36 3 I 11 55 23 0,5 8,5

36,2

I 35,61 17-23 0,5-2

15-20 1-3

>0,5

I I 1 1

2-3 I I 5- 15 1 1 1

und mit einer Zn-AI4-Cu 1-(Zamak 5) und emer Aluminiumlegierung in Vergleich gesetzt.

Bei diesen Zinklegierungen handelt es sich urn zwei Legierungen auf Feinzinkbasis, von denen die erste (D 3010 K) rd. 350/ 0 Al und 1,00/ 0 Cu enthalt, wahrend die zweite (D30K) eine kupferfreie Zn-AI-Zweistofflegierung mit rd. 310/ 0 Al ist. Die dritte mit Rohzink erschmolzene Legierung enthalt rd. 300/ 0 Al und 1,250/ 0 Pb und ist kupferfrei. Aus den in den Abb. 151-153 wiedergegebenen Kurven ist zu ersehen, daB die Warmharte und die Zugfestigkeit der Legierung Zn-A135-Cu 1 die

Ha·

Lit.

1


aller anderen Legierungen iibertrifft, abgesehen von dem Temperaturbereich zwischen 1500 und 200 0 , in denen die zum Vergleich herangezogene Aluminiumlegierung in der Harte etwas hoher liegt.

Zahlentafel 8.

Bezeichnung Al Fe eu Pb Si Mn erschmolzen mit

D 3010 K ..... 34,9 0,40 1,01 - - - Feinzink D30K ....... 31,1 0,17 - - - - Feinzink D 3015 K ..... 29,7 0,50 - 1,25 - - Rohzink Zamak 5 ..... 4,3 - 0,80 - - - Feinzink AI-Lager-Leg. Rest 0,59 7,10 - 0,28 0,12 Umschmelz-AI

Die Dehnung ist dagegen niedriger als die der kupferfreien Zinklegierung mit 310/ 0 Al auf Feinzinkbasis und der aus Rohzink erschmolzenen bleihaltigen Legierung mit rd. 300/ 0 AI.

Zusammenfassend ist iiber die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Zinklagermetallegierungen im Vergleich mit anderen Lagermetallegierungen und unter sich zu sagen:

Der Ausdehnungskoeffizient und die Warmeleitfahigkeit liegen im o beren Bereich aller Lagerlegierungen. Die Werte fiir die Harte und die Festigkeit halten die Mitte zwischen den "harten" und "weichen" Lagermetallegierungen, wahrend die Wechselfestigkeit an der Spitze aller Lagermetallegierungen steht. Die Dehnung liegt niedrig. Sie ist etwa auf der gleichen Hohe wie die der Alumi-niumlagerlegierungen.

mOr--r--r--r--,--.--------------, -.-OJ070K ---OJOK ---OJ0I5K -··-Zomok5

~ ------ At-Leg ~r_~~~~~~~~~~--+_~---+--~ ~ ~M~~~~~~~~~~~~~--+-~ ~ ~~r_-+--~--+--1--~~~~~~~~~~

Abb.151. Warmharten der verschiedenen Lagerlegierungen. (Nach Litzenburger.)

Beim Vergleich der Zinklegierungen unter sich stellt sich heraus, daB die Zugfestigkeit und Harte bei den kupferfreien wie bei den kupferhaltigen Aluminiumlegierungen mit steigendem Aluminiumgehalt bis zu 100/ 0 stark ansteigt, weitere Zusatze von Aluminium bis zu 350/ 0

bewirken noch eine weitere geringe Steigerung der Harte sowohl bei

Ergebnisse der Laufversuche auf dem Priifstand. 221

Raumtemperatur als auch bei hoheren Temperaturen. Die bleihaltige Legierung mit 30% Aluminium liegt in der Warmharte etwas hoher und in der Zugfestigkeit bei allen Temperaturen etwa auf gleicher Hohe wie die Zinklegierung mit 300/ ° Aluminium. Diehohere Warmharte kann allerdings bei dieser Legierung durch den aus dem Rohzink stammenden verhaltnismaBig hohen Eisengehalt von 0,5 0/ 0 bedingt sein.

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150 DC 200

Da die hier auf- Abb. 152. Zugfestigkeit der verschiedenen Lageriegierungen. (Nach Litzenburger).

gefiihrten mechani-schen Eigenschaften der Zinklagerlegierungen nicht ungtinstig sind, war zu erwarten, daB auch die Laufeigenschaften befriedigend ausfallen wtirden.

4. Ergebnisse der Laufversuche auf dem Priifstand.

Obwohl so viele Zinklegierungen als Lagerlegierungen empfohlen wurden, fehlte es bis zum Jahr 1939 an systematischen Laufversuchen.

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100 Temperotur

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150 ZOD

Abb. 153. Bruchdehnung der verschiedenen J,ageriegierungen. (Nach Litzenburger).

Erst die grundlegenden Versuche von Schmid 1, Weber2 und Litzenburger geben Aufldarung tiber das Laufverhalten der oben angefiihrten Zinklagermetallegierungen.

Die VeI'Suche dieser Forscher werden vorwiegend diesen Ausfiihrungen zu Grunde gelegt. Bei den Untersuchungen von Schmid und Weber, die auf einer KammererWelter-Mas chine 4 aus

gefiihrt wurden, wurden im steigenden GuB in der Kokille hergestellte GuBlegierungen Zn-AI4-Cu1 und Zn-AllO-Cu 1 verwendet. Die Ver-

1,2,3 Zit. S.216. 4 vom Erule, E.: Z. techno Physik Bd. 9, (1928) S. 121.


suchslager wurden mit Diamantwerkzeugen bei einem Vorschub von 0,016 mm und einer Schnittgeschwindigkeit von 140 m/min bearbeitet und in Stahlstiitzlager eingesetzt. Der Zapfen wurde geschliffen und

°C

Abb. 154. Ubertemperatur vou Ziuk- uud WeiJ3metallagern beim Eiulaufen.

(p = 19 kg/em'; v = 6 m/sek). (Naeh Schmid u. Weber.)

bestand aus ungehartetem St 50.II, des sen Harte 160 kgjmm2 betrug. Als Schmierung wurde Ringschmierungverwendet mit Shell-Maschinen-61 BF 3. Das Lagerspiel betrug 1,50/ odes Wellendurchmessers. Diese Legierungen wurden mit RotguB, Zinnbronzen, hochzinnhaltigen WeiBmetallen, zinnarmen und zinnfreien Bleilagermetallen verglichen. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der untersuchten Legierungen sind in der Zahlentafel 9 wiedergegeben.

Der Einlauf, der bei v = 6 m/sec und p = 19 kg/cm2 durchgefiihrt wurde, ergab die in Abb. 154 dargestellten Kurven im Vergleich mit WM 80 F.

Hieraus ist zu ersehen, daB die an sechs Zinklegierungen durchgefiihrten Versuche ein Einlaufverhalten ergeben, das dem der WM 80 FLegierung nicht wesentlich nachsteht.

Zahlentafel 9. Technologische und physikalische Eigenschaften.

Festigkeit Harte Weehsel- Ausdehnungs- Warme·

Dehnung biegefestigkeit koelf. leitfahigkeit Legierung

°B d H • Ow a A B zw.200 u. 100° cal kg/mm' kg/mm' ,/, kg/mm' Basis 20·10' 10-

. em sec Grad

ZnAl4 Cu 0,5-1 .. 20-25 0,6-1,2 80-100 7-10 27-30 0,22-0,24

ZnAlIO CuO,5-1 " 28-32 0,7-1,5 90-105 10-12 27-30 0,23-0,24

RotguB ..... 15-30(4;5; 12) 6-32 60-95(4;5; 12) - 17 (3) _ 0,17 Zinnbronzen . 15-35 (4;5;12) 2-25 60-180(4;5;12) -II - 18 (3) - 0,10 Hochzinn·

halt. WeiB-metalle ... 7-II (2,8) 0,8-12 25-30 (8) 2-3 (8) 20-23(3) - 0,08

Zinnarme und zinnfreie

1,7 -3(9 ;10)122-31(3 ;10) Bleilager-metalle ... 5-12 (2;9;10) 0-15 17-36(2;5;10) 0,05-0,06

* Die Priifbedingungen sind nicht einheitlich.


Ebenso ist das Laufverhalten der Zinklegierungen dem der iibrigen untersuchten altbewahrten Lagerlegierungen ahnlich, wie aus Ubertemperaturkurven der Abb.155 im Vergleich mit den Dbertemperaturkurven von WeiBmetall, RotguB und Bronze in den Abb. 156 und 157 hervorgeht1 .

Die Versuche wurden bei den Geschwindigkeiten 1,5, 4,5 und 6 m/sec' durchgefiihrt.

Auch die Grenzen der Belastbarkeit, die in den Abb. 158 und 159 dargestellt sind, zeigen, daB sich die Zn-Legierungen ganz ahnlich verhalten wie die iibrigen un-iersuchten Lagerlegierungen.

!@'r--''--'---'---r--'---~~ DC 'In. -Legierllngen ~0r---r-~~-1--~~-+---+--~

~ ~60 ~ ~ 1i 50 ,~

II/}

20

0 50

Abb. 155. "Obertemperatur fiir Zinkiegierungen beim Lauf. (Nach Schmidt u. Weber.)

~Or---r---r--'r-~---'---'---' Die Grenzbelastung wurde

aus dem plotzlichen Temperaturanstieg in den Ubertemperaturkurven entnommen.

DC I WM80f w~--~~---+--~--~~~~

Das Auss~hen der Laufflachen und der Wellenangriff ist nicht schlechter als bei den iibrigen Lagerlegierungen. Beim Wellenangriff ist sogar eine Uberlegenheit der Zinklagerlegierungen gegeniiber RotguB und Zinn-bronze festzustellen.

o L----:5ol:-----:-:,fA~'Il---:-!!50c:---.a~'Il0:=--...,2ffO~-:-kg:-},.LCITll-.-----lJ5l) Das N otla ufverhalten, das spez. Be/ostung durch Absaugen des bls bei

Abb. 156. "Obertemperatur fiir WelJlmetall beim Lauf. (Nach Schmid u. Web.,...)

einer Geschwindigkeit . von 4,5 m/sec und einer spezi

fischen Belastung von 80 kg/cm2 festgestellt wurde, ist bei der Legierung Zn-AI 1O-Cu 1 besser als bei einem GBz 14-Lager. Das Zinklager lief noch 12 Minuten weiter, wahrend das Bronzelager sofort stehen blieb.

1 Die in den Streubereichen eingeklammerten Zahlen nennen die Zahl der in diesem Bereich durchgefiihrten Laufversuche.


Die beim Zinklager auf die Welle aufgetragenen Zinkteilchen und die feinen Riefen im Zapfen lieBen sich leicht entfernen, wahrend die vom Bronzelager herruhrenden tiefen Riefen durch Abschmirgeln nicht entfernt werden konnten.

Zahlentafel 10. Lagerver 8chlei fJ. Grenz· Hiirte

VersehleiB Werkstoff beanspruehung H 5/62, 5/180

kg/em' kg/mm' 20-' mm

V = 1,5 m/sec Zinklegierungen ........ 340-350 77-93 0,8-1,9 Rg 5 .................. 330 61 1,6 GBz 14 ............... 230-260 101 0,7-1,2 WM 80F ............. 310 25 5,2

'II = 4,5 m/sec Zinklegierungen ........ 175-350 77-93 1,2-2,7 Rg 5 .................. 150-250 61 0,7-1,2 GBz 14 ............... 250-320 101 1,5-2,7 WM 80F ............. 250-300 25 verquetscht

'IIV = 6 m/sec Zinklegierungen ........ 175-230 77-93 1,9-2,7 Rg 5 .................. 75 61 1,7 GBz 14 ............... 300 101 1,9 WM 80F ............. 175-200 25 verquetscht

Der LagerverschleiB liegt, wie aus der Zahlentafel 10 hervorgeht, in demselben Bereich wie der der Kupferlegierungen.

M~--r---r---+---+---+---+-~

Weitere etwa in gleicher Weise ausgefuhrten Versuche1,

die an den in der Zahlentafell I a ufgefiihrtenLegierungen durchgefiihrt wurden, hatten zum Ziel, auch das Laufverhalten der Knetlegierungen Zn-AI 4-Cu lund Zn-AI 1O-Cu I im Vergleich mit den GuBlegierungen gleicher Gattung und anderer bisher be-wiihrter Lagerlegierungen zu

O~~~~~~~~~~~-+or~ SO fOO f50 200 250 kq/crru J50 prufen. Die GuBlegierungen

spez. Be/ostvno wurden bei diesen Legierungen Abb. 157. Ubertemperatur fiir RotguB und Bronze

beim Lauf. (Naeh Schmid u. TVeber.) im fallenden GuB hergestellt. Bei den Knetlegierungen han.

delt es sich urn Knetmaterial in Rohrform. Untersucht wurde bei Gleitgeschwindigkeiten von O,Im/sec und 6 m/sec. Das Wellenmaterial

1 Weber, R.: Zeitschr. Metallkde. Bd. 32 (1940) S. 384.

Ergebnisse der Laufversuche auf dem Priifstand, 225

bestand bei den Versuchen mit niedriger Gleitgeschwindigkeit aus St 60.11 und bei den mit hoher Gleitgeschwindigkeit aus St 50.12.

Die Abb. 160 und 161 geben die Bereiche der Reibungszahlen und Ubertemperaturen fiir die untersuchten Legierungen bei einer Gleit. geschwindigkeit von 0,1 m/sec und einer bItemperatur von 70° wieder.

o~--~~--~~~----~~~~.

spez. Belos/ung

Abb. 158 u. 159. Grenzen der Belastbarkeit ffir Zinklegierungen im Verglelch zu Weillmetall, Rotgull und Bronze. (Nach Schmidt u. Weber.)

Aus diesen Versuchen mit niedrigen Gleitgeschwindigkeiten ergibt sich eine gute DifferenzierungsmogIichkeit ffir das Einlaufverhalten der verschiedenen Lagerlegierungen. Die Unterschiede im Einlaufver. halten zwischen den verschiedenen Legierungsarten ist ohne weiteres

Zahlentafel 11. Verwendete Werkstoffe.

Hartel Werkstoff Zusammensetzung in 0/0 Bemerkung (5/62,5/180)

in kg/mm'

GZn-AI 4-Cu 1 Zink + 4% AI + 0,7% Cu + 0,03% Mg gegossen 77 Zn-AI4-Cu 1 gepreBt 91

GZn-AI lO-Cu 1 Zink + 10% AI + 0,7% Cu + 0,03% Mg gegossen 86

Zn - AII0-Cu 1 gepreBt 95

WM 8OF Zinn + 11% Sb + 9% Cu gegossen 25 WM 10 Blei + 15,5% Sb + 1% Cu + 10% Sn gegossen 22 Bn-Metall Blei + 0,69% Ca + 0,62% Na + gegossen 35

0,04% Li + 0,02% AI

Phosphorbronze Kupfer + 8-9% Sn + P gezogen 102 Rg5 Kupfer + 5% Sn + 7% Zn + 3% Pb gegossen 72

L1 /50/30 Stahl St 50.11 ungehart. 163 Stahl St 60.11 ungehart. 194

I Mittelwerte aus zwei Messungen je Lager.


226 E. ~Martin: Legierungen mit Zink als Hauptbestandteil.

aus den Kurven abzulesen. Das Einlaufverhalten der Zinklegierungen liegt zwischen dem der LagermetaHe auf Zinn- und Bleibasis, die das beste Einlaufverhalten zeigen, und dem des Rg 5. Unter den ZinklagermetaHen verhalten sich die Legierungen Zn-AIIO-Cu 1 besser als die Legierungen Zn-AI 4-Cu 1, wobei jeweils die Knetlegierungen

4JO fL 426

425

,,-' , 1t7 ,

1. G Zn.-AL4-Gul z. Zn.-A1A- CUI J G Zn.-AL10-Cu.l II. n-AL 10-C 1

-

-

wieder giinstiger liegen als die GuBlegierungen.

Die Abb. 162, die die Ubertemperaturbereiche bei einer Gleitgeschwindigkeit von 6 m/sec wiedergibt, laBt Schliisse auf das Verhalten

4211 Z u. 4'1I1---~r--1-5. f'ho.sphol'bronze

~ 6. WMBOf,WMffJ,IJn-Mefoll ~a!2 7. Rg5 l5 ~ ~4m~~~--~---1----+---4--~

~~~~~~~~~~W~~M~~==~~~O~~~/=cm~Z~JM Jpez. 8elosfun#

Abb. 160. Reibungszahl bei 0,1 m/sec G1eitgeschwindigkeit. (Nach Weber.)

100 150 200 250 spez. 8elosfun#

Abb. 161. tJbertemperatur bei der gleichen G1eitgeschwindigkeit wie in Abb. 13. (Nach Weber.)

bei starker Beanspruchung zu. Eine derartig gute Differenzierung wie bei den niedrigen Gleitgeschwindigkeiten ist hier nicht mehr moglich. Das Verhalten der vier Zinklagerlegierungen iiberdeckt sich hier. Die Zinklegierungen zeigen bis zu verhaltnismaBig hoher Belastung kein wesentlich anderes Verhalten als die Kupferlegierungen, wahrend die WeiBmetaHe niedrigere Dbertemperaturen zeigen. Bei hohen Belastungen treten die Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen wieder deutlicher hervor.

Diese Versuche zeigen eine gute Dbereinstimmung mit dem Verhalten in der Praxis.

Eine weitere Erhohung des Aluminiumgehaltes auf 30 und 35%

ergibt Lagerlegierungen, deren Laufverhalten vor aHem bei hoheren


Belastungen offenbar noch besser ist als bei den Legierungen mit niedrigem Al Gehalt. Aus Rohzink erschmolzene Legierungen, die noch 1,250/ 0 Blei enthalten, verhalten sich jedoch nicht so gut, wie aus den Untersuchungen von Litzenhurger1 hefvorgeht. Eine Zweistofflegierung Zn +300/ 0 Al hat etwa die gleichen Eigenschaften wie die Legierung Zn-AI4-Cu I, aber eine bessereKantenfestigkeit, was fur den praktischen Betrieb von Vorteil sein wird. Ein Zusatz von 10/ 0 Kupfer verbessert die Laufeigenschaften noch erheblich. Ein Vergleicp. der in Abb.I63 wiedergegebenen Ubertemperaturkurven zeigt das Verhalten der in Zahlentafel 8 auf Seite 220 aufgefiihrten Legierungen.

Bei der hochsten ange- 120;---,---,---,----,-----, wand ten Geschwindigkeit von 5,5 m/sec hat die Legierung iibertemperotur

bereti:lie D 30 K (Zn + 30% AI) bei fOOt----+--+---f-H--F--t,..t:/---l 250 kg/cmz gefressen, die Legierung D 3015 K (Zn+30% Al + 1,25% Pb) bereits bei 8ot-----t----+--;#-.~~>----+----I

200 kg/cm2, sie wurde auBerdem starker zerstort. Die Legierung D 3010 K (Zn+ 6ol---=~~<Z79u----'------'-----I ==== Zillk/egiertJlIgell 35% AI+l% eu) hat dagegen === 'iVei!:Jmetol/e erst bei einer Belastung von

I/IJ I---~+-- ~ PhOJphorbrollze 300 kg/cmz gefressen. Ihr Ver-halten ist demnach am gunstigsten. Sie vertragt von allen to o':---+'---~---:±-::-----:--L--",---,J untersuchten Legierungen die 50 100 150 250

spez. Be/osluDg hochsten Belastungen und Abb. 162. Ubertemperatur bei 6 m/sec Gleit-Geschwindigkeiten. Mit G Bz 14 geschwindigkeit. (N ach Weber.)

hergestellte Lager, die als Ver-gieich herangezogen wurden, haben wesentlich schlechtere Ergebnisse bei diesen Versuchen gezeigt wie aIle untersuchten Zinklegierungen, was aus den in der Abb. 164 wiedergegebenen Ubertemperaturkurven hervorgeht.

FaBt man das Ergebnis aller Versuche auf dem Prufstand zusammen, so zeigt sich, daB die Legierungen auf Feinzinkbasis ohne weiteres als Austausch fur RotguB und in beschranktem MaBe auch fUr WeiBmetaIle bei mittleren Beanspruchungen herangezogen werden konnen. Sie stehen in ihrem Laufverhalten und mit ihren technologischen Eigenschaften zwischen diesen "harten" und "weichen" Lagermetall-Legierungen. Soweit bisher beurteilt werden kann, verbessern sich die Laufeigenschaften mit steigendem Aluminiumgehalt, so daB die Legierung Zn-AIIO-Cu 1 bessere Laufeigenschaften - besonders besseres Einlauf-

1 Zit. S. 216.

15"


Oberfemperafur verhalten - zeigt als die Legierung Zn-Al - Cu 1 Eine weitere Erhohung des Aluminiumgehaltes auf 30 bis 35% bei wiederum 1 % Cu bringt noch eine Verbesserung. Aus Rohzink erschmolzene Legierungen zeigen kein so gutes Verhalten, ebenso sind durch Bleizusatz keine V orteile zu erwarten 1, 2 AuBerdem sind durch den hoheren Blei- und Eisengehalt der aus Rohzink erschmolzenen Legierungen Lunker- und RiBbildung zu befiirchten 3. Die Knetlegierungen verhalten sich beziiglich der Gleiteigenschaften etwas besser als die GuBlegierungen.

Die in dem Normblatt genannte Legierung Zn-Cu 5-Pb 2 erreicht nicht die Eigenschaften der Feinzinklegierungen. Ebenso wurde festgestellt, daB eine weitere Erhohung des Kupfergehaltes keine V er besserung bringt 4,5,6.

Zusatze von Silizium, Nickel und Graphit sollen sich auf das Laufverhalten giinstig auswirken 3. Magnesium soIl bei der Herstellung von Feinzinklagerlegierungen bis zu 0,030/ 0 zulegiert werden, um

1 N euse,D.: Demag N achrichten H. 15 (1941) S.1. - 2 Pontani, B.: Lilienthal· Ges. Luftfahrtforsch. Bericht 170 (1943); Diskussions. beitrag P. Schwietzke. - 3 Litzenburger: s. S. 216. - 4 Reuthe, W.: Maschinenbau-Betrieb Bd. 22

(1943) S.19. - 5 Triinker, G.: Forschungs-Gebiete Ingenieurwes. Bd. 14 (1943) S. II. - 6 Gersdor/er, 0.: Metallwirtsch. Bd. 21 (1942) S. 563.

Bewahrung im Betrieb. 229

selektive Korrosion, hervorgerufen durch Blei- und KadmiumverunrelIDgungen, ZU verhiiten1 • Ein hoherer Magnesiumgehalt ist jedoch zu vermeiden, da hierdurch die GieBeigenschaften verschlechtert werden und eine Neigung zur Wltrmrissigkeit eintritt 2•

Die einer Arbeit von Weber 3 entnommene Gegeniiberstellung der Eigenschaften der Lagerwerkstoffe, Abb. 165 zeigt sehr gut und iibersichtlich, wie die Zinklagerlegierungen gegeniiber den anderen Lagerwerkstoffen zu beurteilen sind. Der Giitewert, der auf der Ordinate eingetragen ist, wurde so erhalten, daB aus den Giitewerten der einzelnen Legierungen das arithmetische Mittel gebildet und das der besten Legierung gleich 100 gesetzt wurde.

5. Dewiibrung im Detrieh. Noch vor 10 Jahren konnte von einer Bewahrung im Betriebe bei

den Zinklagerlegierungen nicht die Rede sein, WitS am besten daraus hervorgeht, daB die vielen vor dieser Zeit go,.----.,--,..---.,--,----., empfohlenen Zinklegierungen niemals bei normalen Zeiten Eingang in die Praxis gefunden haben. Erst nachdem man durch systematische Untersuchungen die Ursachen fUr das so haufige Versagen der Zinklegierungen im allgemeinen festgestellt hatte, konnten diese Erkenntnisse auch fiir die Zinklagerlegierungen verwertet undLagerlegierungen geschaffen werden, die den gestellten Anforderungen gerecht wurden. Die genannten Legierungen, vor allem die auf Feinzinkbasis hergestellte Zn-Al 4-Cu 1, haben sich ebenso wie die Legietungen mit hoheren Aluminiumgehalten in die Praxis eingefiihrt und auch bewahrt.

Als Austausch fiir hochzinnhaltige WeiBmetalle wurden sie im Fahrzeugbau

mr-----+-----+-----;

P~I~~~2~~-J~m~/s~~~¥ fieschwindigkeif

Abb. 164. tJbertemperatur bel GBz 14 in Abhiingigkeit von der

Geschwindigkeit bei verschiedenen Belastungen.

(N aeh Lir.zenburger.)

als Achs- und Kuppellager von Werkslokomotiven, als Tatzenlager und StraBenbahnachslager eingefiihrt. 1m Werkzeugmaschinenbau fanden sie Verwendung als Getriebe- und Nebenlager, als Lagerbuchsen fUr Steuerwellen und Fiihrungsleisten, als Lager in Kolbendampfmaschinen, in Pumpen und Verdichtern. AuBerdem wurden sie fiir Transmissionslager und als Grund- und Pleuellager in Gliihkopfdieseln verwendet 2, 4, 5, 6

1 Schmid, E. und R. Weber: s. S. 216. - S Litzenburger Th.: Zit. S.216. -3 Weber, R.: Metallkd. Bd. 39 (1948) S.240. - 'lrtenkauf, 1. u. B. Schuhmacher: Werkstattstechnik Bd. 35 (1941) S. 109. - 6 Voigt, A.: Metallwirtsch. Bd. 18 (1939) S.749. - 8 Pontani, B.: Lilienthalges. f. Luftfahrtforschg. 1943.

%


Ebenso haben sie sich auch im Austausch von Kupferlegierungen eingefuhrt. 1m Fahrzeugbau werden sie als Gleitplatten bei Lokomotiven, soweit keine schlagartige Beanspruchung vorliegt, und Werkbuchsen angewandt. Sie haben sich bewahrt bei Baumaschinen, in Aufbereitungsmaschinen, in Baggern, in Bandwalzwerken, Elektromotoren und im

' V:J St. 50. 11

StQ"runqs · unemp/tJfk:lJkeit

m Olei - und Zinn -80sIs (Pb)

rnn Kupfer - 8asls (Cu)

VerschleiB V

§g Aluminium -8asis (AU

~ Zink -8asls (Zn.)

~ Eisen - 80sIs (Fe)

D Jinterwerkstoje (S)

Abb. 165. Gegeniiberstellung der Eigenschaften von Lagcrwerkstolfen. (Nach Weber .)

Kranbau. AuBerdem liegen Urteile libel' eine gute Bewahrung als Kolbenbolzenbuchsen in klein en Dieselmaschinen VOl'. Fur diesen Zweck ist auch die hochaluminiumhaltige Zinklegierung sehr gut geeignet 1,2,3.

Sollen sich die Lagerlegierungen bewahren, so sind folgende Hinweise fur die Praxis zu befolgen, die wortlich dem Beitrag von Burmeister im Zinktaschenbuch 1942 entnommen sind:

"Fur den werkstoffgerechten Einsatz eines Lagermetalls sind die spezifische Belastung, die Gleitgeschwindigkeit und die Art del' Schmierung von groBer Bedeutung. In einzelnen Fallen steht das chemische und weiterhin das mechanische Verhalten del' Zinklegierungen insbesondere bei hoheren Temperaturen im Mittelpunkt des lnteresses. Hinsichtlich des chemischen Verhaltens del' Zinklegierungen ist zu beachten, daB diese durch Sauren und Alkalien, je nach del' vorliegenden Konzentration, sowie auch durch Wasserdampf mehr odeI' weniger stark angegriffen werden.

1 Litzenburger, Th.: Zit. S.216. 2 Voigt, A.: Metallwirtsch. Bd. 18 (1939) S. 749. - 3 Pontani, H.: Lilienthalges. f. Luftfahrtforschg. 1943.

Bewahrung im Betrieb. 231

Der merkliche Abfall der mechanischen Eigenschaften der Zinklegierungen bei Temperaturen oberhalb 100° C bedingt, daB die Betriebstemperatur von Zinklegierungslagern zweckmaBig 90° nicht iiberschreiten soIl.

Von besonderer Bedeutung ist der Warmeausdehnungskoeffizient fiir den praktischen Einsatz der Lagermetalle, insbesondere fUr die Herstellung von VerbundguBlagern. Unterscheidet sich der AusguB hierbei merklich von dem Verhalten des meist aus Stahl gefertigten Stiitzkorpers, so besteht die Gefahr, daB sich dieser wahrend des Erstarrens des Ausgusses oder auch bei erhohter Lagertemperatur ablOst. Die Zinklagermetalle haben einen verhaltnismaBig hohen linearen Warmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich mit den iibrigen hierbei interessierenden Metallen wie Kupfer und Eisen. Dieser hat fiir Zinklegierungen einen Wert von 26 X 10-6, wahrend die entsprechenden Werte fiir Kupfer und Eisen 16 X 10-6 bzw. 11 X 10-6 betragen.

Diesem besonderen Verhalten der Zinklegierungen ist bei der Herstellung von VerbundguB dadurch Rechnung zu tragen, daB die auszugieBenden Stahlstiitzkorper entsprechend stark vorgewarmt werden miissen.

Die Einhaltung nachstehend beschriebener Arbeitsbedingungen hat sich hierbei als zweckmaBig erwiesen:

Die Eisen- bzw. Stahlstiitzschalen werden moglichst vorher an den auszugieBenden Stellen frisch abgedreht und anschlieBend in Trichlorathylen, Abkochlaugen usw. entfettet und in konzentrierter oder wenig verdiinnter Salzsaure zwecks Entfernung oxydischer Verunreinigungen gebeizt. Nach dem Spiilen der Schalen in heiBem Wasser und Trocknen an der Luft werden die auszugieBenden Stellen der Stiitzschalen mit einer gesattigten Losung von Zinkchlorid und Ammoniumchlorid (1: 1) bestrichen, wahrend die nicht zu behandelnden Riickseiten mit einer Aufschlammung von Lehm oder Kaolin behandelt werden konnen. AnschlieBend verbleiben die Schalen 20 Minuten lang in dem auf 550 bis 570 0 erhitzten Lot. Nach dem Entfernen von anhaftendem iiberschiissigem Lot werden die "verzinkten" Schalen ohne Zeitverlust in die Kokillen eingesetzt und mit dem vorgesehenen Zinklagermetall, wie beispielsweise G Zn-Al4-Cu 1, ausgegossen.

Die Temperatur der Schmelze hangt von den Abmessungen der Schale ab; sie soIl moglichst niedrig gehalten werden. Die Kokillentemperatur braucht im allgemeinen je nach Art und GroBe der Schale nicht iiber 100 0 zu betragen. Hierbei ist das Arbeiten mit einem hohlen Kern vorteilhaft, der die Moglichkeit bietet, die Kokille zu kiihlen. und somit ein folgerichtiges Erstarren von unten nach oben zu ermoglichen und das Entstehen von Sauglunkern zu vermeiden. Das Abkiihlen der


fertig ausgegossenen Schalen soll moglichst langsam und nicht durch Abschrecken erfolgen.

1st eine mechanische Verankerung des Ausgusses vorgesehen, so ist auf eine zweckmiLBige Ausbildung der Nuten zu achten. Das Zerspanen der ffir Lagerzwecke verarbeiteten Zinklegierungen bereitet keine besonderen Schwierigkeiten.

Eine eindeutige Entscheidung daruber, ob gehartet oder ungehartete Wellen fur Zinklegierungen guns tiger sind oder nicht, durfte unter Berucksichtigung der bisher in dieser Richtung gesammelten Erfahrung en noch nicht moglich sein. Zu beachten ist, daB der Einbau geharteter Wellen vor allem bei der Ausfuhrung von Reparaturen nicht immer moglich ist und somit in sehr vielen Fallen mit dem Einbau von ungeharteten Wellen gerechnet werden muB.

Das Lagerspiel solI trotz des hohen Warmeausdehnungskoeffizienten der Zinklegierungen in Ubereinstimmung mit den fur RotguB geltenden Einbaubedingungen zweckmaBig 1,0-1,2%0 betragen und richtet sich nach den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen. Von maBgeblichem EinfluB sind vor allem neben der Lagertemperatur und der Art der Schmierung die spezifische Belastung des Lagers und die Gleitgeschwindigkeit.

Wie groB beispielsweise der EinfluB der Schmierverhaltnisse auf die hOchstzulassige Belastbarkeit der Lager ist, geht aus Zahlentafel 12 fUr Zinklagermetalle und eine vergleichsweise angefuhrte Zinnbronze hervor.

Die fur RotguB und GrauguB ublichen Modelle konnen unter Zugrundelegung der bisherigen Erfahrungen fur das VergieBen von Zinklegierungen verwendet werden.

Zahlentafel 12.

Hochstzuliissige spezijische Lagerbelastung bei 3 mlsec Gleitgeschwindigkeit.

H6chstzuJassige H6ehstzuliissige Lagerbelastung in kg/em' Lagerwerkstatt G\eit-

gesehwindig- bei einmaliger bei Docht- bei Umlanf-keit m/see Sehmierung schmierung schmierung

Feinzinklegierungen .. I 4 3-4 10-12 120-150 Zinnbronze ......... 8 4-6 20-30 250-300

Auch die Art der Schmierung, Schmiermittel und Ausbildung der Schmiernuten konnen gleichfalls fUr die Umstellung auf Zinklegierungen ubernommen werden."

G. Legierungen mit Kupfer als Hauptbestandteil. Von Dr.-lng. H. Man~, Osnabruck.

Mit 43 Abbildungen.

1. Bronze, .Botgo8, Messing. a) Entwicklung. 1 Bronzen zahlenzu den altesten fUr Lagerzwecke

verwendeten Werkstoffen und sind bereits im achtzehnten Jahrhundert als Lagermetalle haufig anzutreffen. Sie spielen seit der Einfuhrung der WeiBmetalle und des Verbundlagers mit WeiBmetallfutter, die auf Isaac Babbitt's USA-Patent 1252 yom 17. Juli 1839 zuruckgehen, im Lauf der Entwicklung eine wechselnde Rolle, zahlen aber auch heute noch zu den wichtigsten und meistverwendeten Gleitlagerwerkstoffen. Schon in der Fruhzeit der europaischen Technik wurden GuBbronzen als Lagermetalle gewahlt, wei! sie unter den verfUgbaren Metallen und Legierungen die besten Gleiteigenschaften bei Paarung mit den ublichen Stahlzapfen hatten. Bei hoher Korrosionsbestandigkeit neigen GuBbronzen in verhaltnismaBig geringem MaBe dazu, die Welle anzugreifen. Dieses gutartige Verhalten wurde bei den GuBbronzen fruherer Jahrhunderte durch Bleigehalte, die haufig - vermutlich als Verunreinigungen- auftraten, gewollt oder ungewollt verbessert. Die damals ubIichen bescheidenen Lagerbelastungen bei geringen Gleitgeschwindigkeiten wurden trotz mangelhafter Schmierverhaltnisse zuverlassig ertragen, und selbst hohe L'l,gerbelastungen, wie sie gelegentlich - z.E. bei Drehzapfen an Brucken- auftraten, wurden von Bronzen mit hoherem Zinngehalt noch betriebssicher aufgenommen.

Zu diesen guten Lagereigenschaften kamen als wesentlich fUr die Herstellbarkeit gute GieBbarkeit und Bearbeitbarkeit hinzu, hochst wichtige Eigenschaften besonders in einer Zeit, in der die prazise Formgebung einer Lagerbuchse oder Lagerschale ein Problem fUr sich darstellte. 1m ubrigen konnte die Wandstarke des Bronzelagers muhelos so stark bemessen werden, daB genugende Formsteifigkeit und eine ausreichende Materialreserve fur VerschleiB vorhanden war.

Wenn man diese Grunde fur die Bevorzugung der Bronzen als LagermetaIl von Anbeginn unseres technischen Zeitalters an in ihrer Gesamtheit betrachtet, so eJ:gibt sich, daB im Prinzip die gleichen Grunde auch

1 VgI. I. Czochralski, u. G. Welter: Lagermetalle und ihre technologische Be· wertung, S. 1/6. Berlin 1924. - Corse, W. M.: Bearing metals and bearings, S. 15/23. New York 1930.

234 H. Mann: Legierungen mit Kupfer als Hauptbestandteil.

heute noch fur die Verwendung der Bronzen fUr Lagerzwecke verantwortlich sind.

Lager mit hohen spezifischen Belastungen bei geringen bis mittleren Gleitgeschwindigkeiten sind heute das Hauptfeld ihrer Verwendung, und gute GieBbarkeit, gute Bearbeitbarkeit, leichte Reparatur und Ersatzbeschaffung bei Emeuerung, gute Verwertbarkeit von Bearbeitungsabfall und sonstigem Schrottanfall und hohe Korrosionsbestandigkeit sind neben guten Gleiteigenschaften die vielfaltigen Grunde, die den Bronzen nach wie vor einen fUhrenden Anteil unter den Gleitlagem erhalten haben. Hinzu kommt, daB durch Variation der Legierungen, einerseits durch Hinzulegieren von Blei, andererseits durch Verwendung von Knetbronzen, femer durch vielfaltige MaBnahmen der baulichen Gestaltung, Bearbeitung und Schmierung der Anwendungsbereich stark erweitert und auf technische Objekte ausgedehnt werden konnte, die mit ZinnguBbronzebuchsen einfacher Gestaltung allein nicht hatten befriedigend ausgestattet werden konnen.

Bei dem Bemuhen, die Bronzen wegen ihrer zahlreichen Vorzuge universell als Lagermetalle einzusetzen, stieB man schon fruh auf eine Eigenschaft, die Vorzug und Nachteil zugleich ist: die verhaltnismaBig hohe Harte und Festigkeit. Die hohen Festigkeitswerte erlauben hohe Belastbarkeit ohne unzulassige Verformung und sichem Sitz und Passung, beanspruchen jedoch unter hoher Last die Oberflache des Lagerzapfens verhaltnismaBig stark, erschweren den Einlauf und erhohen den VerschleiB besonders an solchen hochbelasteten Lagerstellen, deren Bauelemente gewissen Verformungen ausgesetzt sind.

Das GuBgefUge mit seiner weicheren Grundmasse mit harten Einsprengungen des Eutektoids, wie es sich bei den ZinnguBbronzen darbietet, kommt zwar den Forderungen nach Einlauf- und Notlaufeigenschaften entgegen, doch reicht die Plastizitat der Bronzen - zumal bei Verwendung von Stahlzapfen maBiger Oberflachenharte -nicht aus, urn bei nicht vollkommen fluchtenden oder durch Verformung unter Betriebslast besonders an den Randzonen belasteten und durch halbflussige Reibung gefahrdeten Lagerstellen unzulassigen VerschleiB oder gar Fressen sicher zu vermeiden.

Diese Erkenntnisse waren die Wegbereiter fur die Verwendung "plastischer Metalle", wie die WeiBmetalle fruher unter Hinweis auf ihren gegenuber Bronzen wesentlichsten Vorzug viel genannt wurden. Da aber diese hohe Plastizitat bei Massivlagem, also groBeren Materialquerschnitten, ein zu hohes MaB bleibender Verformung bei hoheren Belastungen bedingen wurde, waren technische Losungen erforderlich, die den beiden einander widerstrebenden Forderungen nach genugender Plastizitat bei ausreichender Wahrung der Formbestandigkeit hinreichend gerecht werden muBten.

Bronze, RotguB, Messing. 235

Eine ausgezeichnete Lasung von grundlegender Bedeutung war del' bereits erwahnte, in den dreiBiger Jahren des vorigen Jahrhunderts eingeleitete Ubergang zu den "plastischen" WeiBmetallen in Verwendung als VerbundguB mit Stutzschalen haherer Festigkeit, etwa aus Bronze, RotguB odeI' Stahl. Solche WeiBmetall- Verbundlager beherrschten bis VOl' etwa zwanzig Jahren den gesamten Maschinenbau VOl' allem in bezug auf die Lagerung der Hauptarbeitswellen einschlieBlich del' Kurbelwellenlagerungen von leichten Hochleistungsmotoren.

Das Gesamtgebiet del' Lagermetalle zeigte damals hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften eine weite Lucke, begrenzt einerseits durch den Hartebereich der WeiBmetalle, del' - bei Zimmertemperatur - bei 18 bis 28 kg/mm2 Rrinellliegt, und andererseits durch den Hartebereich del' Zinnbronzen nebst RotguB, der bei 60 bis 120 kg/mm2 Brinell und daruber liegt, wobei die Lucke im Hartebereich von 28 auf 60 kg/mm2 bei Berucksichtigung der Harten bei Betriebstemperatur noch starker hervortritt, wei I insbesondere die WeiBmetalle mit steigendel' Temperatur einen starken Harteabfall erleiden.

Hier setzt seit den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts, angeregt vor allem durch Versuche mit Legierungen fur Eisenbahn-Achslager, die Entwicklung bleihaltiger Zinnbronzen mit 8 bis 200/ 0

Blei ein, und hochbleihaltige Legierungen, verarbeitet als BleibronzeVerbundlager mit Bleigehalten von 20 bis 35% , schlieBen neuerdings die Lucke zwischen WeiBmetall und Zinnbronze. Dabei leistet das Dreistofflager, ein Lager mit Stahlstutzschale, Bleibronzefutter und zusatzlicher Laufschicht aus WeiBmetall, einen besonders fortschrittlichen Beitrag. Heute sind bei solchen Dreistofflagern galvanisch aufgebrachte WeiBmetallaufschichten von nur 20 bis 40 f-l Starke bei Verwendung in Leichtmotoren ublich geworden.

Hier schlieBt sich vorerst der Kreis del' Legierungen und Gestaltungsformen, erganzt durch Lager mit Zwischenschichten aus Kupfer-Blei und Kupfer-Nickel, hergestellt im SinterprozeB, und aus Silber, hergestellt durch galvanischen Niederschlag oder durch Walzplattierung, samtlich ausgestattet mit einer 20 bis 40 f-l starken WeiBmetall-Laufschicht.

Wir kannen damit unseren UberbIick uber die Grundzuge del' Entwicklung beenden und behandeln in den folgenden Abschnitten zunachst die klassischen Zinnbronzen nebst RotguB und Mehrstoff-Zinnbronze und schlieBen neben Messing andere fUr Lagerzwecke bedeutungsvolle Bronzen an, unter ihnen vornehmIich die Aluminiumbronzen.

Den fur die neuzeitliche Gleitlagergestaltung so wesentlichen Bleibronzen und Blei-Zinnbronzen ist infolge ihrer Eigenart und Bedeutung ein Sonderkapitel gewidmet.


Zahlentafel 1. Zinnbronze und RotgufJ.

-0 Zusammensetzung in 0/0 Bezeichnung N orm-K urzzeichen " '" ,..:i

I I eu Sn Zn Pb P

GuB·Zinnbronze 20 G Sn Bz 20 DIN 1705 D 78·80 20·22 R 1,0 GuB·Zinnbronze 19 B 22·49. Alloy A A 79·82 18·20 0,25 0,25 1,0 (Phosphor Bronze) GuB·Zinnbronze 16 B 22·49. Alloy B A 82-85 15·17 0,25 0,25 1.0 (Phosphor Bronze)

GuB-Zinnbronze 14 G Sn Bz 14 DIN 1705 D 85-87 13-15 R 1,0

GuB-Zinnbronze 12 G Sn Bz 12 DIN 1705 D 87-89 11-13 R 1,0

GuB-Zinnbronze 12 B. S. 1400 - PB2 - C B R 11-13 0,3 0,5 0,15 (Phosphor Bronze) min GuB-Zinnbronze 11 S. A. E. 65 A 88-90 10-12 0,5 0,5 0,1-(Phosphor Bronze) 0,3 GuB-Zinnbronze 11 S. A. E. 640 A 85-88 10-12 0,5 1-1,5 0,2-0,3 (Phosphor Bronze)

GuB-Zinnbronze 10 G Sn Bz 10 DIX 1705 D 89-91 9-11 R 1,0

GuB-Zinnbronze 10 B. S. 1400 - PB3 - C B R 9-11 0,05 - 0,03-(Phosphor Bronze) 0,25 GuB-Zinnbronze 10 B. S. 1400 - PBI - C B R 10 min 0,05 0,25 0,5min (Phosphor Bronze)

RotguB 10 Rg 10 DIN 1705 D 85-87 9-11 R 1,5

RotguB 10 B. S. 1400 - G 1 - C B R 9,5-10,5 1,5·2,5 0,5 -(Gunmetal) RotguB 10 B 22-49. DjB 143-49. A 86-89 9-11 1-3 0,3 0,05 (Tin Bronze) lA RotguB 8 B. S. 1400 - G 2 - C B R 7,5-8,5 3,5-4,5 0,5 -

(Gunmetal)

RotguB 8 B 143 - 49.1 B A 86-89 7,5-9 3-5 0,3 0,05 (Tin Bronze)

RotguB 8 B 143 - 49.2 B A 85-89 7,5-9 2,5-5 1,0 0,05 (Leaded Tin Bronze)

RotguB 7 B. S. 1400· LG3 - C B R 6-8 4-6 1-3 (Leaded Gunmetal)

RotguB 7 Rg A DIN 1705 D 81-87 5-8 R (7) 4·6 RotguB 6 B 61-49jB 143-49. 2 A A 86-90 5,5-6,5 3-5 1-2 0,05 (Leaded Tin Bronze) RotguB 5 Rg 5 DIN 1705 D 84-86 5-6,5 R (7) 3·5

Bronze. RotguB, Messing. 237

Vergleichende Zusammenstellung deutscher, britischer und USA-Normen.

Festigkeitswerte

Zusammensetzung in 0/. Streck- Zug- I Deh-grenze festig- nung Harte

°0.2 keit 0 Bemerkungen

I I I HB lOD'

Ni Sonst. bzw.Y.S. aB i 5

Ai Fe kg/mm' kg/mm'i ./. kg/mm'

0,01 0,3 0,5 Vgl. DIN 1705 14-20 15-22 0,5-1 170-200

- 0,25 -

- 0,25 -

0,Ql 0,2 0,5 Vgl. DIN 1705 14-17 20-25 3-5 85-115 SandguB 18-20 28-32 2-3 105-130 SchleuderguB

0,Ql 0,2 0,5 V gl. DIN 1705 13-16 24-28 8-20 80-95 SandguB 15-17 28-32 8-15 95-110 SchleuderguB

- - 0,5 0,15 22 6 SandguB 27 2 KokillenguB

0,005 0,15 Ph + Zn + Nil 25 8

0,005 0,3 0,75- 25 8 1,5

0,01 0,2 0,5 Vgl. DIN 1705 12-15 22-28 15-20 60-75 SandguB 14-16 30-32 12-20 80-95 SchleuderguB

- - - 0,15 26 8 SandguB

- - - 0,5 inc!. Ph 19 1 SandguB 26 1 KokillenguB

0,01 0,3 0,5 V gl. DIN 1705 12-14 20-28 10-18 65-90 SandguB 16-17 27-30 8-10 85-95 SchleuderguB

- - 1,0 0,15 26 10 SandguB 26 KokillenguB

0,15 1,0 12,6 25/28 14/16

- - 1,0 0,15 26 10 SandguB 26 - KokillenguB

0,15 1,0 12,6 28 16

0,25 1,0 11 25 14

1,0 0,5 22 10 SandguB 22 KokillenguB

0,01 0,4 0,5 Vgl. DIN 1705 8-12 15-20 6-15 60-80 0,25 1,0 11/11 24 17

0,01 0,2 0,5 V gl. DIN 1705 8-10 15-24 10-18 60-80 SandguB 10-14 25-30 12-20 75-85 SchleuderguB

Fortsetzung umseiti g


Zahlentafel 1. (Fortsetzung). Zinnbronze und RotgufJ.

"" Zusammensetzung in '/0 Bezeichnung Nonn-Kurzzeichen '" " ...

I I Cu Sn Zn Pb

RotguB 5 B. S. 1400 - LG2 . C B R 4-6 4-6 4-6 (Leaded Gunmetal)

RotguB 5 B 62-49jB 145-49. 4 A A 84-86 4-6 4-6 4-6 (Leaded Red Brass)

RotguB 4 Rg 4 DIN 1705 D 92-94 3-5 R (2) 1-2 RotguB 4 B 145-49.4 B A 82-83, 3,25-4,25 5-8 5-7 (Leaded Red Brass) 75

RotguB 3 B. S. 1400 - LGl - C B R 2-3,5 7-10 4-7 (Leaded GunmetaI)

RotguB 3 B 145 - 49. 5 A A 78-82 2,25-3,5 7-10 6-8 (Leaded Semi-Red

Brass)

RotguB 3 B 145 - 49. 5 B A 75-76, 2,5-3,5 13-17 5,25-(Leaded Semi-Red 75 6.75

Brass) I D = Deutsche Normen. B = Britische Normen.

b) Begriffe und Normen. Bronzen sind (vgl. dazu auch DIN 1705) Kupferlegierungen mit einem Kupfergehalt uber 60% , Durch den Sprachgebrauch ausgenommen sind die zinkhaltigen Legierungen der Gruppen Messing, Sondermessing, Tombak und RotguB. Wir nennen die Bronzen nach ihrem Hauptzusatz Zinnbronze, Aluminiumbronze, Nickelbronze usw. Die Bezeichnung Phosphorbronze fur Zinnbronze, die so reichlich mit Phosphor desoxydiert ist, daB ein Phosphorrestgehalt nachgewiesen werden kann, sollte vermieden werden. Hat der Phosphorgehalt bei einer Rohe uber 0,05% die Bedeutung und Wirkung eines Legierungsbestandteiles, beispielsweise bei einer Knetbronze mit etwa 8% Sn und 0,25% P, so ist die Bezeichnung Phosphor-Zinnbronze angebracht.

Blei-Kupferlegierungen mit Kupfergehalten uber 60% werden im deutschen Sprachgebrauch als Bleibronzen bezeichnet. 1m angelsachsischen Sprachgebrauch werden sie in Rucksicht auf ihre metallographische Erscheinungsform (Un16slichkeit von Kupfer und Blei im festen Zustand) copper-lead genannt, wahrend die Bezeichnungen lead. bronze und leaded bronze den bleihaltigen Zinnbronzen vor· behalten sind. Nach den britischen Normen werden allerdings BleiZinnbronzen mit Bleigehalten zwischen 15 und 26% bei Zinnzusatzen bis zu 10% noch teils zu den copper-Iead-alloys, teils zu den leaded

I P

-

0,05

0,03

-

0,02

0,02

Bronze, RotguB. Messing. 239

VergleichendeZusammenstelZung deutscher, briti8cher und USA-Normen.

Festigkeitswerte

Zusammensetzung in 0/0 Streck- Zug- Deh-grenze festig- nung Hilrte

0'0.2 keit Bemerkungen

O'B 65 HB 1OD' bzw.Y.S.

Al Fe Ni Sonst. kg/mm' kg/mm' 0/0 kg/mm'


0,3 1,0 10 21 16

0,01 0,2 0,5 V gl. DIN 1705 6-7 20-25 25-30 50-65 - 0,3 1,0 8 20 12


0,4 1,0 9 20 14

0,4 1,0 8 17,5 12

A = Amerikanische Normen (USA-Normen).

bronzes gezahlt. Die Nomenklatur ist dort also nicht ganz einheitlich, und die Einfiihrung der Bezeichnung "Kupfer-Blei" in den deutschen Sprachgebrauch diirfte keine groBere Klarheit versprechen und deshalb nicht empfehlenswert sein.

Wir zahlen im folgenden aIle Blei-Kupfer- und Blei-Zinn-Kupferlegierungen mit mehr als 5% Blei zu den Bleibronzen im weiteren Sinne und folgen damit in etwa der durch DIN 1705 und 1716 gegebenen Abgrenzung.

Die angelsachsischen Normen sind in einer vergleichenden Gegenuberstellung britischer und amerikanischer NE-Metall-Normeni zusammengetragen. Die letzte Ausgabe (1942) enthalt allerdings noch nicht die revidierte britische Sammelnorm fur Kupfer-GuBlegierungen, die als B. S. 1400 im Jahre 1948 herausgegeben wurde. Einen Dberblic1. uber deutsche, britische und USA-Normen mit einheitlich in das metrische System umgerechneten Festigkeitswerten bringt Zahlentafell.

c) Gebranchliche Legiernngen. - Eigenschaften. Zinnbronzen werden fur Gleitzwecke als GuBlegierungen mit Zinngehalten von 10 bis 20%

1 British Standard 1007: 1942. Non-ferrous metals. Summary of British ard American Specifications. Zu beziehen durch Beuth-Vertrieb G.m.b.H., Berlin W 15 und Koln.


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und als Knetlegierungen mitZinngehalten von 6 bis 90/ 0 verwendet. Zahlentafel 1 laBt weitgehende Einheitlichkeit innerhalb der deutschen, britischen und USANormen erkennen.

1m Bereich der GuBlegierungen kommt den Zinnbronzen mit Gehalten von 10 bis 14% Sn die bei weitem groBte praktische Bedeutung zu. In diesem Bereich beeinflussen bereits kleine Schwankungen im Zinngehalt die Eigenschaften in recht starkem MaBe. Dazu tritt die hohe Empfindlichkeit dieser Legierungsgruppe gegeniiber den Schmelz- und GieBbedingungen, durch die KorngroBe, Dichte, Seigerungen, Eutektoidanteil und damit die Festigkeitseigenschaften als fUr die Gleiteigenschaften wesentliche Faktoren stark beeinfluBt werden 1. Hin

zu kommt der EinfluB des Phosphorrestgehaltes auf die Festigkeitseigenschaften und der EinfluB kleiner, oft iiblicher Nickelzuschlage auf die KorngroBe und

1 Lepp, H.: Tech. Pub!. lnternat. Tin Research Develop. Council, Series D, Nr. 3,1937. - Pell- Walpole, W. T., V. Kondic: J.lnst. Met. Bd. 70 (1944) S. 275 bis 289. - Pell· Walpole, W. T.: J. Inst. Met. Bd.71 (1945) S.37/44. -Pell- Walpole, W. T.: J. Inst. Met. Bd.71 (1945) S. 267/277. - Winterton, K.: J. Inst. Met. Bd. 71 (1945) S.581/88. - Pell-Walpole, W. T.: J.lnst. Met. Bd.72 (1946), S. 19/30. -Pell· Walpole, W. T.: Met. Ind., Lond. Bd. 68 (1946) 19. u. 26. 4. 3. 5. -Hanson, D., W. T. Pell- WalT-ole: Chill Cast Tin Bronzes. London 1951. Edward Arnold & Co. 368 Seiten.


Zahigkeitl. Damit ergeben sich in der Praxis zahlreiche Moglichkeiten fUr Unterschiede und 'Schwankungen im Endprodukt, die in unseren bisherigen Normen nur durch auBerst vorsichtig angesetzte Werte fur Festigkeit un.d Hiirte eine zweifellos zu einseitige Berucksichtigung fanden. Einen Vergleich un serer alten Normenwerte mit Festigkeitswerten bei neuzeitlichem StandguB und SchleuderguB in Kokille bringt Zahlentafel 2. Urn die hier offensichtliche Kluft zwischen den alten Normwerten und den durch neuzeitliche GieBtechnik erzielten Giitewerten zu iiberbriicken, bringt ein zur Zeit laufender neuer Xormvorschlag Festigkeitszahlen, die dem Stand der Technik gerecht zu werden suchen und insbesondere auch die GieBbedingungen (Sand-, Kokillen-, SchleuderguB) in angemessener Weise beriicksichtigen. (Siehe S. 317/318.)

GuJ3bl'onze 10 (GSnBz 10) ist als SandguB ein Maschinenbauwerkstoff mit hohen physikalischen und chemischen Giitewerten, der fUr Ventile, Druckmuttern, Armaturen und ahnliche FormguBteile vor allem dann Anwendung findet, wenn Korrosionseinfliisse die Wahl einer reinen Zinnbronze wiinschenswert erscheinen lassen. Die Gleiteigenschaften sind bei diesem Zinngehaltnoch nicht iiberragend, konnen jedoch durch schroffe Kiihlung, also durch Kokillen- einschlieBlich SchleuderguB, wesentlich gesteigert werden. AuBerdem kann ein Phosphorzuschlag bis zu etwa 1% zur Hartesteigerung und Erhohung der Heterogenitat benutzt und in Erganzung zum Zinngehalt als Legierungskomponente verwendet werden. 1m ubrigen gebiihrt aber fiir hochbelastete Lager der nachfolgend besprochenen GuBbronze 12 in fast allen Fallen der Vorzug.

GuJ3bl'onze 12 (GSnBz 12), in den angelsachsischen Landern seit langem als die bevorzugte Zinnbronze fiir gleitende Beanspruchung genormt und auch oft in den Hausnormen deutscher Hersteller und Verbraucher enthalten, hat erst bei einer Revision von DIN 1726 im Jahre 1948 in die deutsche Norm Eingang gefunden. Der Umstand, daB dies in einer rohstoffarmen Zeit geschah, kennzeichnet die besondere Bedeutung dieser Bronze, die insbesondere zur Herstellung hochstbelasteter Schneckenradkranze unentbehrlich sein diirfte2.

Die Zusammensetzung liegt bevorzugt bei 11,5 bis 12% Zinn, oft unter Zuschlag von 0,3 bis 0,5°/ ° Nickel zur Steigerung von Zahigkeit und Feinkorn. Dazu kommt ein Phosphor-Restgehalt von 0,2 bis 0,3% , der fUr Lagerbiichsen gelegentlich bis auf 1% heraufgesetzt wird.

1 Comstock, G. F., W. M. Corse: J. Inst. Met. Bd.36 (1926) S.206/208. Pilling, N. B., T. E. Kihlgren: Met. Ind., New York, Juni 1932, S.233 und Trans. Amer. Foundrym. Ass. Bd.2 (1931) Nr.7 S.93/110.

2 Rowe, F. W.: J. Inst. Met. Bd. 36 (1926) S. 191/209. - Met. Ind., London Bd. 36 (1930) S. 669/72; Bd. 37 (1930) S.11/12. Hurst, J. E.: Met. Ind., Lond. Bd.40 (1932) S. 88-92.



Die folgende Zahlentafel 3 nennt Festigkeitswerte einer Legierung mit 87,8% Kupfer, 11,5% Zinn und 0,7% Phosphor und laBt die durch SandguB, Kokillen-StandguB und Kokillen-SchleuderguB erzielbaren Festigkeitsunterschiede ein- und derselben Legierung erkennen.

Erganzend sind noch die Werte fur eine GuBbronze 14 mit dem extrem hohen Phosphorgehalt von 1,3°/°' wie sie u. a. zur Herstellung verschleiBfester Zahnrader fUr Hilfsantriebe in Hochleistungstrieb-

Zahlentafel 3. Festigkeitswerte von Zinn-GufJbronzen mit 12 und 14% Zinn und Phosphorgehalten von 0,7 11nd 1,3 0/ 0 , vergossen in Sand, stehende Kokille und Schleuder

kokille. (J. Holroyd.)

Festigkeitswerte Zusammen~ Zug-

Kurz-setzung festig- Streck- Deh- Harte

Benennung in ,/, Zustand keit grenze nnng zeichen °0.2 °5 HBlO

Sn I °B P Cu kg/mm' kg/mm' '/, kg/mm'

Phosphor- Schleuder-haltige KokillenguB GuB- (Biichsen) 27-35 20--26 1-4 85-120 Zinn-bronze 12 GSnBz12 11,5 0,7 87,8

Schleudcr-KokillenguB (Biichsen warme-behandelt) 28-39 17-20 14-23 70-105

Phosphor- Schleuder-haltige KokillenguB GuB- (Biichsen) Zinn-bronze 14 GSnBz 14 14,0 1,3 84,7 28-38 28-34 1 120-150

werken verwendet wird, genannt. Die Werte gelten fur SchleuderguB in Kokille unter Verwendung eines Stahlkernes.

Gupbronze 14 (GSnBz 14) hat den hochsten fur Lagerbuchsen und Zahn- und Schneckenradkranze in Betracht kommenden Zinngehalt. Bei hoher Hiirte und VerschleiBfestigkeit ist die Zahigkeit so vermindert, daB schlagartige Beanspruchungen zum Bruch fUhren konnen. Dunnwandige Querschnitte sind dabei naturgemaB besonders gefahrdet. Damit ist der Verwendungsbereich beschrankt auf SonderfaIle,. zu denen sehr hochbelastete Genauigkeitszahnrader und starkwandige Lagerungen fUr gleichzeitig hohe Belastungen und Geschwindigkeiten gehOren. 1m iibrigen durfte in der Mehrzahl der FaIle GSnBz 12 vorzuziehen sein, wenn nicht ungunstige Erstarrungsbedingungen, wie bei SandguB, zum


Ausgleich die Erhohung des Zinngehaltes auf 14% notwendig erscheinen lassen.

Bronzen mit Zinngehalten iiber 14% , wie sie in DIN 1705 bisher mit 20% Zinn und in A.S.T.M. B 22--49 mit 16 und 19% Zinn und maximal 1% Phosphor genormt sind, diirften kein allgemeines Verwendungsfeld und damit auch keine hinreichende Voraussetzung zur Normung mehr besitzen. Der Verwendungsbereich erstreckt sich hauptsachlich noch auf Spur- und Zapfenlager fiir Drehbriicken, Drehscheiben undahnliche Anlagen, und in dies en Fallen kann Aluminium.Mehrstoffbronze, gegossen oder geschmiedet, mit bestem Erfolg eingesetzt werden, wobei der Vorteil hoherer Zahigkeit diese Legierungsgruppe entschieden begiinstigt.

Das Streb en nach ErhOhung der Zahigkeit und damit der Dehnung, die bei den hier behandelten Zinnbronzen im GuBzustand recht gering ist, fiihrte zu Gliih. und AnlaBbehandlungen im Bereich von 500 bis 700 0 C, die unter Auflosung des Eutektoids die gewiinschte Steigerung der Dehnung ohne EinbuBe an Zugfestigkeit bei Absinken der Streckgrenze erreichen lassen!. So bringt eine Gliihung, bei der der Diffusions ausgleich und damit die Auflosung des Eutektoids nur zum Teil erreicht wird, beispielsweise bei der oben genannten, in Kokille geschleuderten Bronze mit 1l,50/ 0 Zinn und 0,7% Phosphor, die in Zahlentafel 3 vergleichsweise angegebenen Werte.

Mit sinkendem Eutektoidanteil geht bei den Zinn-GuBbronzen -ebenso wie bei RotguB - erfahrungsgemaB die Belastbarkeit zuriick, und voll homogenisierte Zinn-GuBbronze neigt besonders bei weicher Welle und maBiger Oberflachengiite von Biichse und Zapfen zum Anreiben und Fressen.

Entgegen dieser an GuBbronzen gewonnenen Erkenntnis wurde- u. W. zuerst von Buhler - Zinnbronze mit einem Zinngehalt iiber 7% und einem Phosphorgehalt iiber 0,1% durch wiederholte Verformung unter zahlreichen Zwischengliihungen zu Rohren bzw. Lagerbiichsen verarbeitet, und es zeigte sich iiberraschenderweise, daB eine homogene, geknetete Phosphor-Zinnbronze mit 7 bis 9% Zinn und 0,1 bis 0,3 % Phosphor bei sehr hoher Belastbarkeit bemerkenswert gute Laufeigenschaften aufweist, die sie zur Verwendung an hochbelasteten Lagerstellen moderner Triebwerke besonders befahigt2.

Die Griinde fiir das gute Laufverhalten dieser homogenen Zinnbronzen konnen nicht mit Sicherheit angegeben werden. Der Bewahrung forderlich ist ohne Zweifel die hohe Prazision im iiblichen

1 Rowe, F. W.: J. Inst. Met. Bd.32 (1924) S. 73/80. - Heyn, E., O. Bauer: Mitt. Kgl. Mat. 19l1 S. 63.

2 Buhler, G.: DRP.537560. - Vereinigte Deutsche Metallwerke A.-G.: DRP. 693100. - Bartosch, W.: Werkstattstechn. Bd.28 (1934) S.244. - Ungenannt: Metallwirtsch. Bd. 1 (1934) S. 175/76.

16·


Verwendungsbereich, die gemaB den Erfordernissen des Motoren- und Feinmaschinenbaues Feinstbearbeitung und Paarung mit oberflachengeharteten und geschliffenen Zapfen verlangt. Bei mangelhafter Oberflachengute von Bohrung und Zapfen, ja schon bei Zapfen ohne Oberflachenhartung, wird unzulassiger VerschleiB beobachtet. Die Lagerbuchsen aus gezogener Phosphor-Zinnbronze besitzen demnach sehr hohe Belastbarkeit, wahrend ihre Einlauf- und Notlaufeigenschaften begrenzt sind, so daB Kantenpressung und Mischreibung durch eine hohe Vollkommenheit der Gestaltung von vornherein vermieden werden mussen. Erganzend zu den gunstigen Bedingungen der Lagergestaltung bedarf es aber noch einer Erklarung fur das gunstige Laufverhalten und die gute Laufspiegelbildung dieses Werkstoffs im Vergleich mit anderen Lagermetallen. Wesentlich durfte daran die gute Benetzbarkeit der Zinnbronze beteiligt sein, die durch Gleitlinienbildung (vgl.Abb.172) sehr gefordert wird. Legierungen mit starker Schichtkristallbildung pflegen auch bevorzugt Gleitlinienbildung aufzuweisen. Man wird daraus folgern konnen, daB trotz zahlreicher Verformungen und Gluhungen kein vollkommener Ausgleich der Schichten stattgefunden hat. Die Storungen des Raumgitters, die sich in den Gleitlinien kundtun, weisen auf entsprechende periodische Schwankungen der Elastizitatsgrenze und anderer Festigkeitszahlen hin, so daB der GefUgeaufbau als quasiheterogen bezeichnet werden kann.

In dies em Zusammenhang ist bemerkenswert, daB Zinn-Knetbronzen mit geringerem Zinngehalt, etwa die in DIN 1726 im Jahre 1943 fUr Lagerzwecke herausgestellte SnBz 6, bei nur wenig verminderten Festigkeitszahlen bei weitem nicht die Eignung als Lagerwerkstoff erreicht wie SnBz 8 und Zinn-Knetbronzen mit noch hoherem Zinngehalt. Die hoher en Zinngehalte begunstigen offenbar den quasiheterogenen GefUgeaufbau so erheblich, daB die Unterschiede im Laufverhalten im Bereich zwischen 6 und 8% Zinn in der Praxis bereits offenkundig werden. Rei niedrigeren ZinngehaIten bedarf es einer Heterogenisierung, etwa durch Blei, urn gute Gleiteigenschaften zu sichern. Dabei ist die Frage der Belastbarkeit aber wiederum auch unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit der miteinander in Wettbewerb stehenden Werkstoffe zu betrachten.

Einen Uberblick uber Festigkeitswerte von gezogenen Rohren aus Phosphor-Zinnbronze mit 8,3% Zinn, 0,2% Phosphor, Rest Kupfer gibt Zahlentafel 4. Die genannte Zusammensetzung liegt ebenso wie die Festigkeitswerte im handelsublichen Bereich. Die Wandstarke der Rohre kann gering, bis herab zu 1 mm und darunter, gehaIten werden. Die hohe MaBgenauigkeit des Endprodukts erfordert meist die Lieferung des Rohres als Halbzeug mit Bearbeitungszugaben fUr die Innen- und AuBenflache. Der AuBendurchmesser kann aber bei nicht zu enger Toleranz auf PreBsitz fertig gezogen werden. Dann sind zur Fertigbearbeitung nur das

Bronze, RotguB, Messing, 245

Abstechen auf Fertiglange, Anbringen von Bohrungen und Nuten und - vorzugsweise erst nach dem Einpressen in die Aufnahme - das Fertigbohren der Laufflache erforderlich. Eine etwa halbstundige Erwarmung im Olbad bei rd. 200 0 C nach dem Einpressen wird von einigen Motorenwerken fur vorteilhaft gehalten, urn inn ere Spannungen auszugleichen und Formanderungen im Betrieb, insbesondere eine Verengung der Bohrung, zuverlassig zu unterbinden.

Zahlentafel 4. Phosphorhaltige Zinnbronze, Knetlegierung mit 8,3% Zinn, 0,3% Phosphor, 91,4% Kupfer. Festigkeitswerte gezogener Rohre.

Festigkeitswerte Zug- Streck-

Dehnnng Hiirte Verwendungszweck Zustand festigkeit grenze

GB °0.2 °10 HB (Beispiele)

kg/mm' kg/mm' 0/, kg/mm'

weich 35~40 18~25 55~75 80~90 Schwingungsfeste 01-leitungen

halbhart 45~55 33~45 20-40 1l0-150 Ventilfiihrungen, allge-mein fiir Lagerbiichsen, Kolbenbolzenbiichsen

hart 60~70 50-65 7~15 160~180 Kolbenbolzen- u. Nocken-wellenbiichsen

sehr hart 75~85 70~80 4~10 180~220 Feder· und Achsschenkel-biichsen

Phosphor-Zinnbronze-Rohre mit etwa 8% Zinn - nach DIN 1726 und D. T. D. 265 A - haben im Maschinen- und insbesondere Motorenbau vielfaltige Anwendung gefunden, insbesondere als Kolbenbolzenbzw. Treibstangenbuchsen, Lagerbuchsen fUr HiIfs- und Nebenwellen und Kolbenbolzenbiichsen. Da Herstellungsverfahren und hoher Zinngehalt einen verhiiltnismiiBig hohen Aufwand bedingen und da Einsparung von Zinn grundsatzlich erwiinscht ist, wird haufig ein Austausch durch andere Legierungen, vornehmlich durch die bereits erwiihnte Phosphor-Zinnbronze mit nur 6% Zinn, ferner durch geknetete Mehrstoff-Zinnbronze, Sondermessing und gegossene Blei-Zinnbronze, angestrebt. Ein solcher Austausch ist zwar haufig moglich, bedarf aber von Fall zu Fall sorgfiiltiger Priifung.

Besondere Erwahnung verdient die von Corson eingeleitete Heterogenisierung knetbarer Zinnbronzen durch Chrom und Eisen oder Vanadin und Eisenl. GuB- und Knetbronzen dieser Art wurden von Stone mit Erfolg in die Praxis eingefUhrt und als geknetete "chromium bronze" mit der Zusammensetzung 1,5 bis 3,5% Zinn, 0,5 bis 2°/ ° Chrom.

1 Corson, M. G.: USA-Pat. Nr. 2059 555 und 2059 560. ~ Stone, J. & Co.: Brit. Pat. 445 620 und 473 970. ~ Miller, H. I.: Met. Ind. (Lond.) Bd.52 (1938) S.523.


0,5 bis 3,00/ 0 Eisen, 0,.'50/ 0 max. Mangan, Rest Kupfer Gegenstand der britischen Norm D. T. D. 354, vorzugsweise in Verwendung fiir gezogene Lagerbiichsen1, aber auch in etwas abgewandelter Zusammensetzung fiir GuBbiichsen.

RotgufJ Das Bestreben, Zinnbronzen durch Legieren mit Zink und Blei besser gieBbar zu machen, zu verbilligen oder fiir bestimmte Aufgaben mit besonderen Eigenschaften zu versehen, zum Beispiel mit WeiBmetall zu guter Bindung zu bringen, fiihrte schon sehr friih zu einer groBen Zahl von Legierungen, die wir unter dem Sammelnamen RotgufJ2 zusammenfassen, und die in neuerer Zeit ihre Erganzung durch Knetwerkstoffe im gleichen Legierungsbereich, genannt Mehrstojj-Zinnbronze, gefunden haben.

Zahlentafel1 (S. 236/239) gibt eine Ubersicht iiber die in Deutschland, England und den USA genormten RotguBsorten. Wahrend in den angelsachsischen Landern friiher das gunmetal 88/10/2 vorherrschte, haben rohstoffarme Perioden besonders in England entsprechend dem deutschen Vorgehen zur Schaffung zahlreicher RotguBlegierungen mit hoheren Anteilen an Zink und BIei gefiihrt3. Reute erscheint es an der Zeit, die Vielzahl zu sichten und moglichst international auf wenige Legierungen zuriickzufiihren.

Dieser Gedanke diirfte in Rinsicht auf Lagerwerkstoffe verhaltnismaBig leicht durchfUhrbar sein, denn die Mehrzahl aller RotguBlegierungen dient nicht fUr Lagerzwecke, sondern fiir den GuB von Armaturen, Flanschen und sonstigen Apparate- und Maschinenteilen. Eine besondere Betrachtung verdienen die Lagerschalen, die mit WeiBmetall ausgegossen werden, da an sie neben den Forderungen nach ausreichender Festigkeit und gutem Diffusionsvermogen mit WeiBmetall gelegentlich die Forderung nach ausreichenden Notlaufeigenschaften nach VerschleiB der Laufschicht erhoben wird.

Bei einem Uberblick iiber die als Lagermetall geeigneten RotguBsorten ergibt sich, daB die Lagereigenschaften der hochzinnhaltigen Sort en Rg 8, Rg 9, Rg 10 den Einsatz so hoher Zinngehalte in zinkhaltigen Legierungen nicht rechtfertigen. Die Praxis hat ergeben, daB entweder eine zinkfreie Bronze, vorzugsweise GBz 12, am Platze ist, urn hochste Belastungeil aufzunehmen, oder fiir mittlere Belastungsfiille ein zinkreicher RotguB gleich oder ahnlich Rg 5 mit einem Zinngehalt

1 Stone, J. & Co.: Bronzes. Firmendruckschrift 1949. 2 HoinkifJ, R.: RotguB. Werkstoff-Handbuch NE-Metalle, F. 11. Berlin 1930. -

Kuhnel, R.: Z. Metallkde. Bd. 18 (1926) S.306/311. - Bronze und RotguB. Bericht uber die Tagung des Fachausschusses fur Werkstoffe im VDI v. 27.10. 30. - Schimmel, A.: Metallographie der techno Kupferlegierungen, S. 95/98. Berlin 1930. - Bassett, H. N.: Bearing metals and alloys. S.266/289. London 1937.

3 Voce, E.: Metallurgia Bd. 39 Nr. 230, 231. Auch als Sonderdruck des Copper Development Association, London 1949.


von 5 bis 7%, Daneben bediirfen die bei uns weniger beachteten BleiZinnbronzen besonderer Erwahnung, wei! sie jene Gruppe von Lagerbronzen darstellen, die auch im hoheren Belastungsbereich durch den Bleigehalt ein hervorragendes Lauf- und Notlaufverhalten selbst bei Unzulanglichkeiten der baulichen Gestaltung oder Schmietung besitzen. Den Blei-Zinnbronzen ist deshalb im folgenden auch ein Sonderkapitel gewidmet.

Der Berichter kommt damit zu der summarischen FeststeHung, daB ein RotguB gleich oder ahnlich Rg 5 als RotguB fiir Gleitlagerzwecke ausreichen diirfte. Dabei sind, ebenso wie bei den Zinnbronzen die Schmelzund GieBbedingungen von so entscheidendem EinfluB auf GefUgeaufbau und Eigenschaften, daB dies en Fragen im Rahmen der kiinftigen Entwicklungs- und Normenarbeit besondere Beachtung gebiihrt. Bei den RotguBsorten mit niedrigem Zinngehalt gleich oder ahnlich Rg 5 sind die Schmelz- und GieBbedingungen, wie aus Zahlentafel2 (S.240) zu entnehmen war, auf Festigkeitswerte und Gefiige von besonders starkem EinfluB, vor aHem wegen der groBerenNahe zur (gestrichelten) IX-Grenzkurve in Abb. 173, verglichen mit den Legierungen hoheren Zinngehaltes. Eine moglichst schnelle Erstarrung ist deshalb erwiinscht, und sie ist auch technisch durchfiihrbar, weil Legierungen dieseS Bereiches bei GuB in Kokille nicht zu Spannungs- oder Warmrissen neigen. Lagerbiichsen und ahnliche einfache Formteile aus RotguB sollten deshalb nur noch in Kokille gegossen werden, groBere Querschnitte moglichst in wassergekiihlte Kupferkokille. Biichsen und Rohrabschnitte werden vorteilhaft durch SchleuderguB hergesteHt, fUr den wassergekiihlte Kupferkokillen oder Stahl- und GrauguBkokillen - gegebenenfaUs mit Kupferblecheinlage1 - in Gebrauch sind. Die neueste Entwicklung geht auf die Anwendung von StrangguB2.

Mit diesen Mitteln lassen sich die Giitewerte der zinnarmen, zinkreichen RotguBsorten so weit entwickeln, daB die HeraussteUung eines "Einheitsrotgusses" innerhalb dieser Gruppe befUrwortet werden kann. SoUten ungiinstigere Erstarrungsbedingungen - etwa durch SandguB -unvermeidbar sein, so konnten diese zum Teil durch Legierungsanderung, etwa durch Erhohung des Zinngehaltes um 1 bis 20/0' ausgeglichen werden.

Zinn-Mehrswffbronze. Die gute Bewahrung der zinnarmen, zinkreichen RotguBsorten regte seit einigen Jahren zum Studium der RotguBsorten auf ihre Knetbarkeit und Verwendung als gewalztes oder

1 HaMer, K.: Mitt. Forsch.-Anst. Gutehoffn. Niirnberg Bd. 4 (1933) S.90/95. 2 Smart, I. S. u. A. A. Smith: Iron Age v. 26.8.48. Dgl. Metal Industry

(Lond.) 73 (1948) S.347/49, 372/373, - Smart, I. S. u. A. A. Smith: Iron Age v. 22. 9.1949. - Pell-Walpole, W. T. u. V. Kondic: Metal Industry (Lond.) 74 (1949) S.203/206.


gepreBtes Halbzeug zur Her:-;tellung von Lagerbiichsen an. Die Entwicklung fUhrte bei uns yor etwa 10 Jahren zur Herausstellung einer zunachst als Rotmetall, heute als Zinn-Mehrstoffbronze bezeichneten Legierungsgruppe, die Zinn und Zink je im Bereich zwischen 3 und 7%

enthalten. Diese Legierungen, im neuen Normentwurf als SnMBz 4 und SnMBz 6 herausgestellt, sind durch Strangpressen odeI' Walzen warm verarbeitbar und werden durch Ziehen bzw. Kaltwalzen auf MaB und Endwerte gebracht.

In den eSA wird einer bleihaltigen Legierung dieses Typs mit 4%

Zinn, 4% Blei, 4% Zink nach SAE 791 der Vorzug gegeben. Der Bleigehalt schloB bisher Warmverarbeitbarkeit aus. Aus kaltgewalzten Biindern werden Lagerbiichsen gerollt und in diesel' Form, also mit offener StoBfuge, yornehmlich im Fahrzeugbau verwendet. Diese Legierung und Gestaltungsart fiihrt sich auch in unserer Kraftwagenindustrie in zunehmendem MaBe ein, da sie eine bewahrte Austauschmoglichkeit fiir gegossene und gezogene Biichsen darstellt.

Messing war friiher in seiner Bewahrung fiir Lagerzwecke recht umstritten. G1lj3Zegierungen, und zwar sowohl Zweistoff- wie Mehrstofflegierungen, kamen yon jeher fast nul' fiir untergeordnete Zwecke bei geringer Lagerbeanspruchung in Betracht. Ob diese bis heute allgemein vertretene Auffassung dem GuBmessing und speziell dem SonderguBmessing gerecht wird, erscheint fraglich.

In del' Sammelnorm DIN 1726 ist das SonderguBmessing 68 mit der Zusammensetzung 66 bis 70% Kupfer, Zink als Rest, mit einem Phosphorgehalt von 0,2 bis 0,4% als Messing fiir Lagerzwecke aufgefUhrt. Es entspricht einer Messing-Knetlegierung, die fiir ganz entsprechende Aufgaben als Sondermessing 68 in der Norm enthalten ist.

Erwahnt sei in diesem Zusammenhang noch zinnhaltiges GuBmessing, etwa in der Zusammensetzung 60 bis 70% Kupfer, 1,.5 bis 4°/ ° Zinn, 2 bis 3°/ ° Blei, Zink als Rest. Solche Messinglegierungen fiir Lagerzwecke sind unter dem (irrefUhrenden) Namen "Eutektoid-Lagerbronze" bekannt geworden, haben sich aber in der Praxis nicht durchzusetzen vermocht. WieAbb. 181 erkennen laBt, ist das Gefiige im Aufbau mit dem der ZinnGuBbronzen vergleichbar. Auch die Festigkeitseigenschaften liegen im gleichen Bereich. Gleichartige SonderguBmessinge des IX + f3-Bereichs, also mit geringerem Kupfergehalt, wurden fUr VerschleiBteile wie Gleitschuhe und Stromabnehmer, ferner fUr Hahnkegel und Schieberplatten, erfolgreich verwendetl. Eine Wiederaufnahme von Entwicklungsarbeiten fUr derartige Gruppen von SonderguBmessingen fUr Lagerzwecke und allgemein fiir Aufgaben gleitender Beanspruchung diirfte zeitgemaB und erfolgversprechend sein.

1 Schimmel, A.: Metallographie der techno Kupferlegierungen. S. 84. Berlin 1930.


Messing-Knetlegierungen haben sich seit Herausgabe un seres ersten Berichtes im Jahre 1939 einen bemerkenswerten Platz unter den Gleitwerkstoffen erobert und sich dabei als wertvolle Erganzung der gezogenen Phosphor-Zinnbronze erwiesen, speziell im mittleren Belastungsbereich, in dem der Einsatz der zinnreichen und in der Herstellung aufwendigen Bronzerohre oft nur schwer zu rechtfertigen ist.

Wahrend vor 10 Jahren dem IX + jJ-Mehrstoff-Messing wegen seines heterogenen Aufbaues, seiner guten WarmpreBbarkeit und der hohen Kalthartung der Vorzug gegeben wurde, fUhrte die Entwicklung seit 1940 zu Mehrstoff-Messingen mit hoherem Kupfergehalt, und zwar in Hereichen, die noch gut warmpreBbar, vor aHem aber gut ziehbar sind. In dies em Bereich setzten sich zwei Legierungen in breiterem Umfang durch, zumal da ihre 8teHung durch Xormung besonders gefestigt wurde, namlich Dreistofflegierungen mit vorzugsweise 68 bis 700/ 0 Kupfer, Zink als Rest und einem Zusatz von 0,8 bis 1,20/ 0 8ilizium, alternativ 0,2 bis 0,40/ 0 Phosphor. Besonders die siliziumhaltige Legierung1 hat sich in groBem Umfang eingefUhrt und stellt heute ein bedeutendes Kontingent unter den fur Gleitlagerzwecke gezogenen Rohren aus Kupferlegierungen.

Zahlentafel 5 bringt diese Legierung mit ihren Festigkeitswerten neben einer typischen Legierung der Gruppe 80Ms 58. Die Festigkeitswerte lassen zwar nicht unmittelbar einen 8chluB auf die Eignung als Lagerwerkstoff zu. Es steht aber heute nach vielfaltiger Erprobung fest, daB die kupferreicheren Legierungen vom Typ 80Ms 68, wahrscheinlich wegen besserer Festigkeitseigenschaften im Bereich der Betriebstemperaturen (8treckgrenze!), dem Typ 80Ms 58 uberlegen sind. Diese guten Eigenschaften wirken vor aHem dem Festsetzen des Zapfens entgegen, das durch Deformation der Buchse infolge Warmedehnung und Wechsellast bei Betriebstemperatur eintreten kann, ebenso auch dem Fressen des Zapfens in der Buchse, das bei hoher Last, hoher Umfangsgeschwindigkeit und 8chmiermittelmangel die Lagerung gefahrdet.

Das 80ndermessing 80Ms 68 ist auch fur die HersteHung gerollter Lagerbuchsen aus gewalztem Band brauchbar und fUr dies en Zweck besonders herausgestellt worden2• Fur die Mehrzahl solcher FaHe durfte aber der bleihaltigen Zinn-Mehrstoffbronze nach 8AE 791 der Vorzug gebuhren.

AluminiumbTonzen haben in bestimmten Legierungsbereichen sowohl als GuB- wie als Knetlegierungen zunehmend Anwendung fur Lagerzwecke gefunden.

Wahrend die maBigen Gleiteigenschaften der Aluminium-Zweistoffbronzen ihren Einsatz fUr Lagerzwecke oder fur 8chnecken- und Zahnrad-

1 Lay, E.: Jahrbuch der Metalle 1943. S. 120/135. Berlin 1943. - Vereinigte Deutsche MetallwerkeA.-G.: DRP.756154. - 2 Wieland-WerkeA.-G.: DRP. 759 865.

16a


kriinze nicht rechtfertigen, stellen die Aluminium·)lehrstoffbronzen in sinnvoller Auswahl hochwertige Austauschwerkstoffe fUr zinnreiche GuBbronzen dar.

Es handelt sich dabei vornehmlich urn Legierungen mit 8,.~ bis 11, in Sonderfiillen bis 13% Aluminium unter Zusatz von Eisen bis zu 5,5% ,

Nickel bis 6,5%, Mangan bis 3%, daneben gelegentlich Silizium, Blei, Zink je unter 1% ,

Zahlentafel 5. Sonderme88ing fur Lagerzwecke. ZU8ammen8etzung (bei8piel8wei8e) und Fe8tigkeit8werte zweier bevorzugt verwendeter Legierung8gruppen.

Kurz- Zusammensetzung ,/, Renennung zeichen

Cu Al Si Mn Fe Ni Pb

8 onder-messing 58 80Ms 58 57-59 1,2-1,6 0,2-0,3 2,0-2,5 0,5-0,8 < 0,5 <0,5

8 onder-messing 68 80Ms 68 67-70 - 0,8-1,2 - < 0,4 < 0,5 <1

Festigkeitswerte Zug· Streck· Harte

Kurz- Zustand festigkeit gren1.e Dehnung zeichen

°B °0.2 010 HBIO

kg/mm' kg/mm' '/, kg/mm'

80Ms 58 hart gezogen und ent-spannt 60-70 28-32 10-15 140-170

80Ms 68 halbhart gezogen und entspannt 45-55 25-35 20-30 100-130

80Ms 68 hart gezogen und entspannt 52-65 30-45 15-25 140-170

Diese Aluminium-Mehrstoffbronzen erreichen unter Beachtung geeigneter Schmelz-, GieB- und Knetbedingungen auBergewohnlich hohe Festigkeitswerte, die sie in Verb in dung mit ihrem heterogenen Gefugeaufbau befahigen, iiuBerst verschleiBfeste und hochst belastbare Lagerstellen zu bilden. Nur im Bereich hoher Gleitgeschwindigkeiten bei Mischreibung mit erheblichem Anteil an Zonen mit unzulanglicher Schmierschicht wird die fur aluminiumhaltige Legierungen typische Neigung zum Anreiben mit der Welle bedenklich. Diese Erscheinung ist fUr aIle aluminiumhaltigen Legierungen charakteristisch und beruht auf dem Verhalten der aluminiumoxydhaltigen Deckschicht, deren Bildung unter den Bedingungen der Praxis unvermeidlich ist, in Kontakt mit dem Wellenzapfen.

Hochbelastete Schneckenrader, beispielsweise im lIinterachsenantrieb von Schwerlastfahrzeugen, sind dafur ein typisches Beispiel.


Dieser Belastung!3fall, der durch hohe spezifische Pressung bei nicht ganz yollkommener Schmierfilmbildung und durch relativ hohe Gleitgeschwindigkeiten gekennzeichnet ist, wird besser durch Radkranze aus GSnBz 12-SchleuderguB befriedigtl. In zahlreichen anderen Fallen jedoch, zu denen Schnecken-, Stirn- und Schraubenradkranze fUr hohe Belastungen bei maBigen Gleitgeschwindigkeiten zahlen, ferner fur VerschleiBplatten, Druckscheiben und schlieBlich Lagerbuchsen fUr schwere Zahnradgetriebe auch in Werkzeugmaschinen bind Aluminium-Mehrstoffbronzen seit Jahren mit bestem Erfolg eingesetzt worden2•

Hochbelastete Spurlager fUr Drehbrucken, Wehranlagen, Drehscheib en und ahnliche Bauten, bei denen fruher Zinn-GuBbronzen mit 14 bis 20% Zinn fUr notwendig erachtet wurden, werden seit langerem erfolgreich mit Einsatzen aus geschmiedeter Aluminium-Mehrstoffbronzen bestuckt. Die alte Normlegierung GBz 20 hat damit ihr industrielles Anwendungsgebiet fast ganzlich verloren.

Fur Lagerbuchsen wie auch fur zahlreiche Arten von Zahn- und Schneckenradern haben sich Aluminium-Mehrstoffbronzen als GuBlegierungen bewahrt. Fur sie gilt ebenso wie fUr Zinn-GuBbronzen, daB die Gutewerte durch die Schmelz- und GieBtechnik entscheidend beeinfluBt werden.

KokillenguB einschlieBlich SchleuderguB bringen gegenuber SandguB eine so bedeutende Gutesteigerung, daB die Verwendung von Kokillen, wo immer moglich, anzustreben ist.

Die folgende Zahlentafel6 bringt eine Auswahl bewahrter AluminiumMehrstoffbronzen mit ihren Festigkeitswerten. Zwei Gruppen heben sich heraus, und zwar die Legierung mit rd. 10% Aluminium, 5°/ ° Nickel, 5%

Eisen, die seit langem als Legierung 80/10/5/5 angelsachsische Norm ist und erst kurzlich als B. S. 1400-AB 2-C neu genormt wurde, und Dreistofflegierungen nur mit EisengehaIten bis zu 5% , die auch bei uns mehrfach verwendet wurden und durch einen bedeutenden Hersteller in den USA eine besondere Pflege erfahren 3• Ihnen gilt in Rucksicht auf Fragen der Metallwirtschaft unser besonderer Hinweis.

Sonstige Bronzen. Fur Lagerzwecke kommen uber die bisher aufgezahIten Legierungen hinaus - von den Blei- und Blei-Zinnbronzen abgesehen - noch einige weitere Legierungen in Betracht, die zum Teil fUr die Erfullung technischer Aufgaben mit besonderen oder vielfaItigen Anspruchen Bedeutung gewonnen haben.

Einmal sind dies Legierungen, die neben gleitender auch noch andere, insbesondere Korrosionsbeanspruchung zu ertragen haben. Neben den

1 Rowe, F. W.: J. Inst. Met. Bd.36 (1926) S. 192. - Corse, W. M.: J. InstMet. Bd. 36 (1926) S. 203/205. - 2 Lay, E.: Z. Metallkde. Bd. 28 (1936) S.64/67. - 3 Kemp, J. C.: Iron Age Bd. 161 (1948) S. 76/79, 97/98. Druckschriften der Ampco Metal, Inc., Milwaukee 15, Wi.

16ao

252 H .• llann: Legierungcn mit Kupfer als Hauptbestandteil.

bereib behandelten AluJ1linium-~Iehrstoffbronzen, die sich durch Laugen- und Zunderfe~tigkeit bewnders auszeichnen, sind nickelhaltige Bronzen!, z. B. eine Schllliedebronze mit 1:3 bis 160/ 0 Xickel, 2 bis 30/ 0

Aluminium und 0,0 OJ 0 Eisen, Rest Kupfer, heryorzuheben, die sich durch hochste Festigkeitswerte in geschmiedetem Zu:-;tand auszeichnet (Zahlentafel 7).

Ein Beispiel besonderer Hewiihrung dieser hochfesten I)ronze ist die Verwendung als Kolbenstange und Kolben fUr HochdruckkompresDOren.

Zahlcntafel 6. Aluminium·M ehrstoffbronzen. Festigkeitswerte einiger Gup. und Knet·(Schmiede· )Legierungen.

"' Festi~kei tswerte " " § Zug-Streck· Deh·

Q Z llsammensetzung 0/0 festig- Harte ~ keit grcnze nung

-d °B °0.2 (\ HB ~ ... AI r'e Xi MIl Sonst. en kg/UllU2 kgjnl.tno 'f, kg/mlll 2 -<:

9,6 :3,0 15 -2,'>1140--160 -10,3 -4,0 - - 0,5 max Rest 58-68 20-25

" 10,3 3,0 ~

" -11,0 -4,25 0,5 max Rest 58--68 25-30 10-18 160-180 8 - -,0

11,3 3,25 '" 6 --12,2 -4,5 - - 0,5 max Rest 55-65 26-32 2--8 190-210

9,8 3,5 4,0 0,4 _ -10,6 --=-~~~~I~ max Rest 60-70 28 -3510-18160-180

.i: 8 9,1 3,8 5,7

.:!l;s - 98 -44 -63 - 10,5 max Rest75-90iO-5512-20185-210 S H , , ,

-5 ~ 11,0 4,8 5,7 w -11,8 - 5,4 -6,3 - 0,5 max Rest 75·10050 -60 5-12210-420

Eine durch Xickelsilizid warm aushartbare Nickel-Silizium-Bronze mit 1 bi:-; 2,30/ 0 Nickel und 0,3 bis 0,80/ 0 Silizium, Rest Kupfer, hat sich fiir Ventilfiihrungsbuchi-ien und Schwinglager gut bewiihrt2•

Die bereits unter den Zinnbronzen erwahnten Chrombronzen, genauer: chrom- und eisenhaltigen Zinnbronzen, stellen ebenfal18 Bronzen mit ungewohnlicher Zusammensetzung dar. Sie haben sowohl a18 GuEwie auch a18 Knetlegierungen Verwendungsbereiche fUr gleitende Beanspruchung gefunden.

1 Kickelbronzen, -messinge, ·lagermetalle. Nickel-Informationsbiiro. Frankfurt. S. 17/18,29/30.

2 Corson, M. G.: Trans. Amer. lnst. min. metallurg. Engr., lnst. Met. Div. 1927, S.435/450. Iron Age Ed. 119 (1927) S.421/424. - Wilson, C. L., H. F. Silliman, E. C. Little: Trans Amer. lnst. min metallurg. Engr., lnst. Met. Div. Febr.1933, Mitt. ~r. 11. - Jones, D. G., L. B. Pfeil, W. T. Griffiths: J. lnst. :.vIet. ED. 46 (1931) S.423/442.


Weitere Entwicklung. Eine neuere Entwicklung strebt nach Lagerbronzen, bei denen eine typische Eigenschaft des Kupfers, seine hohe Warmeleitfahigkeit, soweit wie moglich erhalten bleibt. Man geht dabei von dem Gedanken aus, daB der Warmeleitfahigkeit des Lagermetalls -in Zusammenwirken mit einer hohen Warmfestigkeit zur Vermeidung von Gefugeschaden bei ortlichen Temperatursteigerungen im Lager -eine bisher nicht genugend gewurdigte Bedeutung fur den Abbau eben dieser ortlichen Temperaturspitzen zukommt.

Zahlentafel 7. Nickel·Aluminium- urui Nickel·Silizium-Bronze, Knetlegierungen. Zusammensetzung und Festigkeitswerte. Angaben zum Teil nack Unterlagen von

FHHund VDM.

Festigkeitswerte Zug-Zusamuwnsetzung festig- Streck· Deh-

Benennung Zustand keit grenze nung

Al I I Ni I Fe I Cu O'B 0'0,2 010

Si kg/mm' kg/mm' 'I,

Nickel- 13,5 warm ge· 80- 60-85 8-15 Aluminium. 2-3 - bis 0,5 R schmiedet 100 Bronze 15,5

- ---- - ---

Nickel- 0,5 1,8 < R weich ge· 30-35 7-15 30-38

Silizium· - bis bis 0,3 gegliiht1

Bronze 0,8 2,2 warm aus· 50-60 35-45 15-25 gehartet 2

kalt ver· festigt und 60-80 55-70 8-15 warm ausge· hartet 3

1 LosungsgHlhung bei 750 bls 8000 , Abschrecken in Wasser . • Wie', anschlie/3eud Warmaushartung bei 400 bis 4700 C. 3 Wie 1 und " ergiinzend Yor der Warmatlshartung Kaltyerf estigung urn etwa 30'/0'

Harte

HB 10

kg/mm'

240-27 o

----

60-70

140-160

160-210

Da praktisch jede Losungshartung des Kupfers, wie sie beispielsweise durch Zinn erreicht wird, zu einer erheblichen Herabsetzung seiner Warmeleitfahigkeit fiihrt, bleiben bei dieser Aufgabestellung folgende Wege zur Hartung unter Sicherung guter Laufeigenschaften:

1. Kaltverfestigung, 2. Heterogenisierung des Gefuges durch Zusatze, die in der Kupfer

grundmasse nicht oder nur in Spuren 16slich sind, 3. Heterogenisierung durch Zusatze, die durch eine thermische Be

handlung (Warmaushartung) aus dem Raumgitter des Kupfers ausgeschieden werden.

Kaltverfestigung allein reicht bei Kupfer zur Erzielung von Gleiteigenschaften nicht aus. Man muB sich zusatzlich einer Heterogenisierung nach (2) oder (3) bedienen, urn einen Gleitwerkstoff zu erhalten, der Aus-


:-;icht bietet, uber die Bewahrung bisher yerwendeter Bronzen hinauH uberlegene Eigenschaften durch Erhaltung und Ausnutzung der hohen Warmeleitfahigkeit zu gewinnen.

Yor einiger Zeit wurde eine Legierung auf den Markt gebracht, deren Gefiigeaufbau lediglich aus Kupfer mit einem ungewohnlich hohen Anteil an eutektisch ausgeschiedenem Kupferoxydul besteht, das durch eine geeignete Knet- und Gluhbehandlung in eine gleichmaBig feine Verteilung gebracht wird 1. Kalt verfestigte Rohre aus diesem Werkstoff sollen sich in der Erprobung an Stelle von gezogenen Rohren aus Phosphor-Zinnbronze SnHz 8 und Sondermessing SoMs 68 bewahrt haben.

Ein Beispiel fur Heterogenisierung durch Warmaushartung bildet die auf Seite 252 erwahnte~ickel-Silizium-Bronze, bei der allerdings dieAushartung nicht zu der wunschenswerten Erhohung der Warmeleitfahigkeit fiihrt. Entwicklungsarbeiten in dieser Richtung durften bei gewissen aushartbaren Legifrungen des Kupfers Ergebnisse erwarten lassen, die zu neuen Vtgerbronzen mit verbesserten Eigenschaften fuhren.

Wahrend auf dem Gebiet der Knetlegierungen durch bestimmte Formen der Heterogenisierung und Ausscheidungshartung, daneben durch wirtschaftlichere Verformung, Fortschritte denkbar sind, sind bei den GuBlegierungen vor allem Fortschritte durch Verbesserung der Schmelz-, GieB- und Kuhlbedingungen erzielbar, zumal zahlreiche - vor allem klein ere - MetallgieBereien vorerst noch recht maBige Voraussetzungen fur die Durchfiihrung solcher in modernen Erzeugungilstatten schon seit langerem zum selbstverstandlichen Rustzeug der Produktion gewordenen MaBnahmen besitzen. Hier sind Moglichkeiten zur Gutesteigerung und VergleichmaBigung der Erzeugnisse unter Einsparung knapper und wert voller Rohstoffe gegeben, deren Umfang und Wert noch gar nicht abzuschatzen ist.

d) Erstarrungsbild, Aufbau und EinfluB der Legierungsbestandteile. Die Vielfalt der fiir gleitende Heanspruchung verwendeten Kupferlegierungen verbietet eine umfassende Darstellung ihrer metallographischen Grundlagen. Wir beschranken uns daher auf eine Zusammenfassung in Anlehnung an die bereits im vorigen Abschnitt verwendeten Gru ppenein teilung.

Zinnbronzen. Das Zustandsschaubild Kupfer-Zinn2, des sen kupferreiche Seite Abb. 158 zeigt, besitzt, yom reinen eu ausgehend, ein Feld von IX-Mischkristallen. Die Grenze dieses Mischkristallgebietes schien viele

1 Dt. Pat. Anm. 40b. 3/20. P 19705 D. K. Dies: Verwendung sauerstoffreicher Metalle fur Gleitzwecke. Bekanntmachung: 12.7.1951.

2 Bauer, 0., O. Vollenbruck: Z. Metallkde. Bd. 15 (1923) S. 119/125, 191/95. -Hansen, M.: Der Aufbau der Zweistofflegierungen, S. 630/47. Berlin 1936. -Haase. C., F. Pawlek: Z. Metallkde. Bd. 28 (1936) S. 73/80. - Hanson, D., Jr. T. Pell- Wall-ole: Chill Cast Tin Bronzes. London 1951. S. 53/64.

Bronze, RotguB. Messing. 255

Jahre durch eine Reihe gut ubereinstimmender Arbeiten genau bestimmt zu sein, und zwar entsprechend dem gestrichelt eingezeichneten Verlauf von 16% Sn bei 520° abnehmend bis 14% Sn bei Zimmertemperatur. Neuere Arbeiten weisen jedoch einen abweichenden VerIauf entsprechend der ausgezogenen Kurve zu wesentlich geringeren Zinngehalten, bei Zimmertemperatur vermutlich unterhalb 1% Sn, nacho Dieser Verlauf war bei fruheren Untersuchungen nicht ermittelt worden, weil fUr die Bestimmung der IX-Grenze stets gegluhte Legierungen verwendet worden waren, fur die infolge der groBen Reaktionstragheit eine Einstellung des Gleichgewichts auch bei sehr langen AnlaBzeiten nicht zu erreichen ist. Erst ein Anlassen nach erheblicher Kaltverformung fUhrte von etwa 5% Sn an zu Ausscheidungen, die sich als CuaSn erwiesen.

Bei hoheren Zinngehalten, Z. B. bei 20% Sn, erstarren bei der Abkuhlung der Schmelze zunachst vom Liquidus ab IX-Mischkristalle. Bei Unterschreitung der peritektischen Geraden (798°) beginnt die Bildung von p-Kristallen, die nur bis herab zur Horizontalen bei 580° bis 590° bestandig sind und dort in IX + y zerfallen. Die y-Phase ist wiederum nur bis herab zu 520° bestandig und zerfalIt in das Eutektoid IX + c5. Die c5-Phase zerfallt auch wieder, und zwar bei etwa 350° in IX + e, so daB bei

ffOOr----.-----r-----r--~

Sclime/ze

J. 7","J7,'C

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100 « 1- Cu., S

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90 80 70 60 -Cu.-(JeM/! Gew.-%

Ahb.166. Zustandsschaubild Kupfer-Zinn, kupferreiche Seite.

niedrigen Temperaturen ein heterogener Aufbau aus diesen beiden Phasen, von denen e die Zusammensetzung CuaSn besitzt, dem Gleichgewichtszustand entsprechen wurde. Uber die verschiedenen Phasenumwandlungen besteht noch keine vollige Klarheit, jedoch sind p, t5 und e und ihre Existenzbereiche einigermaBen gesichert, wahrend die y-Phase noch umstritten ist.

Infolge der groBen Diffusions- und Umwandlungstragheit treten die Phasen im Verlauf technischer Warmebehandlungen oft nicht dem


Gleichgewicht entsprechend auf, vielmehr werden Endzui'ltiinde gellliiB dem Schaubild vielfach gar nicht erreicht. Da mit zunehlllender Erstarrungsdauer eine zunehmende Annaherung an das Gleichgewicht eintritt, bringt unter den technischen GieBverfahren der GuB in getrocknete Sandfonnen die relativ stiirkste Anniiherung, es folgt der NltBguB und schlieBlich der Kokillen-, Schleuder- und StrangguB.

Bei den Zinnbronzen finden wir dementsprechend folgende Gefiigeausbildungen an . GuBbronzen mit Zinngehalten unter -1 bis 6% weisen hOlllogene IX-Mischkristalle auf, wobei die obere Zinngrenze fur GieB

t.

-4,'

Abb. ] 67. 7.inn·GuGbronze mit 11,5% Sn, 0,2% 1', 88,3% Cu, in trockencn Sand vergossen. a·Mischkrista,lle (Zonenkristalle),

(l + o-Eutektoi<l. 400 x.

verfahren mit la,ngsl1ll1er Ersta,rrung (getrocknete Sandformen) und die untere Grenze fUr Verfahren mit schnellerer Erstarrung (KokillenguB) giW. Die Hildung von Cu3Sn wird in allen Fimen vollkommen unterdrUckt . Bei hoheren ZinngehaJten tritt neben dellllX-Mischkristall das Eutektoid, bestehend MIS den Phasen, die durch den tJ-Zerfall entstanden sind, auf, und zwar ist der bei normaIer technischer Erstarnmg neben IX im Eutektoid vorhandene Bestandteil 0 (Abb. 167). Das Eutektoid ist der fiir ZinnguBbronzen typische .Bestandteil

hoher Hiirte und Sprodigkeit, der die guten Gleiteigenschaften dieser L egierungen begrundet. Seine Brinellharte wurde von Rowe zu 200 bis 230 kg/mm2 ermittelt gegenuber einer Harte des IX-Mischluistalls von 50 bis 70 kg /1ll1112•

Die GieBart und die Abkiihlungsbedingungen haben , worauf hier noch einmal mit Nachdruck hingewiesen sei, neben der SchmelzHihrung und -behandlung einen entscheidenden EinfluB auf die Gutewerte und in Zusa,llIlllenhang damit auf die Gefiigeausbildung. Beispielsweise lassen Abb . 168 und 169 die durch KokillenguB gegenUber normalen SandguB erreichbare Gefiigeverfeinerung bei erhohtem Eutektoidanteil erl,ennen.

Bronzen mit Zinngehalten bis zu etwa 140/ 0 k6nnen durch eine mehrstiindige Gltihungim IX-Gebiet, z.H. bei 700 °, oder wirksamer durch wiederholtes GlUhen und Verfonnen hOlllogen gemacht werden (Abb. 170)2. Sie

1 Bassett , H. N .: Bearing metals and alloys, p. 246. London 1937. 2 Rowe, F. W.: J. lnst. Met. Bd. 31 (1924) S.217/24. - Bassett, H. N.:

Bearing metals and alloys, S.248/1>3. London 1937.

Bronze, RotguJ3, Messing. 257

biiBen dadurch jedoch ihre guten Laufeigenschaften weitgehend ein und neigen in diesem Zustand starker zum Anreiben (Fressen) mit der Welle, sollen jedoch gute Laufeigenschaften behalten, ja sogar besser einlauf-

Abb. 168. Zinn·GuObronze mit 11,5% Sn, 0,2% P, 88,3% Cn, in trockenen Sand vergossen.· a - Mischkristalle mit starker

Kristallseigerung (Zo3enkristalle), a + 6·Eutektoid. 75 x .

Abb. 169. Zinn-Gullbronze mit 11,5% Sn, 0,2 % P, 88;3% Cu, in gekuhlte Kupferkokillc vergossen. Gegenuber Sandgull viel

feineres Korn. 75 x.

fahig sein, wenn bei Auflosung des Eutektoids die Erhaltung der starken Kornseigerung der IX-Kristalle gelingtl. Auch in anderer Form werden, wie schon besprochen, homogene Zinnbronzen als VLgerwerkstoff mit Erfolg verwendet, und zwar als Legierungen mit 7 bis go/ ° Sn, die durch Ziehen oder Pressen und Ziehen zu Rohren und Stangen verarbeitet werden (Abb. 171 und 172). Man erreicht durch diese Knetbehandlung weit iiberlegene physikalische Eigenschaften gegeniiber den GuBbronzen. Die Harte solcher gekneteter Zinnbronzen liegt zwischen 90 und 200 kg /mm2, fiir Lagermetalle also auBerordentlich hoch.

Auch bei den gekneteten Zinnbronzen ist ein heterogener Aufbau

Abb.170. Zinn-GuGbronze mit 11,5 % SIl. 0,2% P, 88,3 % Cu, in trockenen 8aud

vergossen. 4h bei 7000 C geglilht. Homogene a-Mischkristalle. 400 X.

des Gefiiges fiir die Laufeigenschaften von Vorteil. Die Bedeutung del' Gleitlinien wurde in diesemZusammenhang bereits behandelt. Daneben

1 DRP. 640 730.



sind nach dem Zustandsschaubild CuaSn-Ausscheidungen moglich. In ausgepriigter Form wird Heterogenitat durch Zuschlag dritter, eine neue

Abb. 171. Zinn·GulJbronze mit 8,7 % Sn,0,3% I), 91 % Cu, in Kokille ge· schleudert, a·Mischkristalle, a + 6·

Eutektoid. 75 x.

,f/?iellen L/?;i/?f'lln; ZUSlImmenseizlln; [Gew.-%J eU. 511. 211. Pb .. (Junl1/?h! 88 10 Z -

~ R;fO 85 10 ~ -~ R;g 8f 9 5 -.. R;B az 8 7 J $ R;.f 8f .f 7 J

Pb ziihlt als Zn

Abb.172. Zinn-Knetbronze mitS,7% Sn,O,3 % 1),91 % Cu, aus Gullzylinder Abb. 5. ,Iurd. wiederholtcs Ziehen nnd Gliihcn hergestI'll!. Homogene Q·lIlischkristallc mit starker Gloit-

linienbnauug. 75 X o.

Kris tallart bildender Ele-mente erh1Llten werden, z.B. durch Zusatz von Cr und Fe odeI' Va und Fe l .

Abb. 173. Kupfer·Ecke des Zinn·Zink·Kupfer-Znstunds_____ sc_haubildes (M. Hansen).

Rotguf3. Den EinfluB von Zinkzusatzen zu KupferZinnlegierungen liiBt das Diagramm Abb. 173 erkennen2 .

Die Grenze deso;-Mischkristallgebietes miiBte entsprechend den neueren Forschungsergebnissen am Diagramm Kupfer-Zinn eine Korrektur erfahren. Da die hier besprochenen Legierungen jedoch fUr Lagerzwecke im GuBzustand verwendet werden, kommt die Umwandlung a ->- 0; + e praktisch nicht in lletracht. Die ausgezogen gezeichnete 0; - Grenzkurve wurde an Proben ermittelt,

1 Corson, M. G.: USA-Pat. Nr. 2059 555 und 2059560. - 2 Hansen, M.: Z. Metallkde. Bd. 18 (1926) S. 347/49.


die 6 Stunden bei 760 0 gegliiht und anschlieBend 1m Of en erkalten gelassen wurden, wahrend die gestrichelte Kurve VD die IX-Grenzkurve fiir eine Abkiihlgeschwindigkeit von 1 0 fiir 2,5 sec. wiedergibt. Unterhalb del' Kurve VD tritt also bei normaler technischer Erstarrung reines IX auf, wahrend im Feld zwischen den Grenzkurven GuBstiicke mehr odeI' weniger groBe Eutektoidanteile aufweisen. In diesem Feld liegen auch die praktisch verwendeten, also insbesondere die genormten, besonders eingezeichneten RotguBsorten.

Die Schliffbilder Abb. 174 und 175 zeigen das GeHige von RotguB 5 nach langsamer (SandguB) und nach schneller (KokillenguB) Erstarrung.

Abb. 174. Rotgull mit 6% Sn, 7%Zn, 4 % Pb (Rg 5), in trockenen Sand vergossen.

,,·Mischkristalle (Zonenkristailc), a + ,j·Eutektohl. 75 x.

Abb. 175. Rotgull mit 6% Sn, 7% Zn, 4% Pb (Rg 5), in gekiihlte Kupf"r·

kokille vergosscn. 75 x.

Feineres Korn und haherer Eutektoidanteil bei schneller Erstarrung sind offensichtlich. Die Giitesteigerung findet ihren Ausdruck in den in Zahlentafel 2 vergleichsweise zusammengestellten Festigkeitszahlen.

Eine Anzahl von Arbeiten befaBt sich mit dem EinfluB einer Warmebehandlung auf die physikalischen Eigenschaften und das Gefiige von RotguBl . Danach bringt eine Homogenisierungsgliihung durchweg eine Erhahung von Zugfestigkeit und Dehnung und laBt das Eutektoid zunehmend in Lasung gehen. Eine vallig homogenisierende Gliihung ist wegen del' Auflasung des Eutektoids fiir Teile mit gleitender Beanspruchung ebenso nachteilig wie bei den Zinnbronzen.

In Zinn-GuBbronze und RotguB finden sich als gewollte Zusatze odeI' ungewollte Beimengungen eine Anzahl Elemente, die im folgenden fiir Bronze und RotguB gemeinsam abgehandelt werden. Zinnbronzen

1 Schimmel, A.: Metallographie der technischen Kupferlegierungen, S. 95/96 Berlin 1930. - BasseU, H. N .: Bearing metals and alloys, S. 285/89. London 1937. In beiden Arbeiten umfassende Schrifttumshinweise. - DRP. 640730.

17'


werden wegen ihrer Hochwertigkeit und in Riicksicht auf den Verwendungszweck vorwiegend aus Neumetall und hochwertigem Umschmelzmaterial gattiert, so daB unerwiinschte Beimengungen seltener sind als bei RotguB, der im hoherem MaBe aus wiederholt umgeschmolzenen GuBstiicken stammt. Eine einheitIiche Darstellung der Wirkung von Beimengungen wird dadurch erschwert, daB ihr EinfluB von der Schmelz-, GieB- und Formtechnik in hohem MaBe abhangig ist, wie insbesondere das Beispiel des Aluminiums erkennen laBt. Wir folgen bei unserer Betrachtung zum Teil den Ausfiihrungen von Wintertonl , die vorzugsweise den EinfluB von Beimengungen auf KokillenguB aus Zinnbronze und RotguB behandeln. Dabei werden folgende drei Gruppen unterschieden:

Zink, Aluminium, Silizium, Mangan; Blei, Arsen, Antimon, Wismut; Phosphor, Eisen, Nickel.

Zink, Aluminium, Silizium und Mangan bilden infolge ihrer desoxydierenden Wirkung auf der Schmelze oxydische Haute, die beim GuB aufreiBen und eine rauhe oxydische Oberflache verursachen konnen. Die Oxydhaute werden beim GuB insbesondere bei turbulentem Strahl in die Form mitgerissen und zerstoren in unkontrollierbarer Weise den Zusammenhang des GuBstiickes. Festigkeit, Dichte und vor allem Dehnung streuen stark, wobei der zuletzt erstarrende Anteil des GuBstiickes wegen Ansammlungvon Oxydenam starksten benachteiligt wird. Die geschilderten Verhiiltnisse gelten in krasser Form vorzugsweise bei Aluminiumzusatz, und zwar stark ausgepriigt fUr SandguB2, wahrend bei KokillenguB durch Vermeidung jeder Wirbelbildung und Zerstorung des Oxydschlauches, der den GieBstrahl umhiillt, ein einwandfreier GuB moglich ist. Silizium und Mangan wirken entsprechend, wenn auch viel weniger ausgepriigt.Alle dreiElemente sind wegen ihres schadlichen Einflusses insbesondere bei SandguB in Zinnbronze und RotguB generell zu vermeiden, selbst wenn die durch sie erzielbare Losungshartung bei wirbelfreiem GuB, insbesondere bei KokillenguB, eine an sich erwiinschte Festigkeitssteigerung bringen wiirde3. Die Deutsche Industrie-Norm begrenzt deshalb auch den Aluminiumgehalt auf hochstens 0,01 % , wahrend das weniger schiidliche Mangan auf 0,2°/ ° begrenzt wird. Mit dem Auftreten von Silizium wird offenbar nicht gerechnet, da es nicht aufgefiihrt ist. Das Oxyd des Zinks ist im Gegensatz zu den oben genannten Oxyden

1 Winterton, K.: Metal Ind., Lond., Bd.71 (1947) S.479/82, 507/9. 2 Bassett, H. N.: Bearing metals and alloys, S.280 London 1937. 3 Johnson, F.: J. Inst. Metals Bd.8 (1912) S.192; Bd.20 (1918) S.167;

Foundry Bd. 51 (1923) S. 893. - St. John, H. M.: Metals and Alloys Bd. 2 (1931) S. 242; A.I.M.E., Techn. Pub!. No. 300. - Bolton, J. W.:, S. A. Weigand: Trans. A.I.M.E. 1929, S.475.

Bronze, Rotgul3, Messing. 261

harmlos, da es infolge seiner lockeren Struktur leicht aufschwemmt und dem Festigkeitsverband des GuBstiickes nicht schadlich werden kann. So ist man in der Lage, die Vorzuge des Zinks in Zinn-Kupfer-Legierungen voll auszunutzen, die in der L6sungshartung, der Desoxydation, dem Schutz der Oberflache gegenuber der Atmosphiire und der Verbesserung der GieBbarkeit bestehen. Als Ergebnis prasentieren sich die RotguB-Legierungen. Auch ist es vielfach ublich, Zinnbronzen zur Desoxydation und zur Verbesserung der GieBbarkeit kleine Zinkzusatze unter 0,5% zu geben.

Die zweite von Winterton herausgestellte Gruppe umfaBt mit Arsen, Antimon, Wismut und Blei diejenigen Zuschlage, die zuniichst weder die Oberflache der Schmelze noch den GieBvorgang wesentlich beeinflussen. Die Eigenschaften des GuBstuckes werden durch diese Elemente etwa wir folgt beeinfluBt. Arsen1 geht in L6sung, setzt die L6slichkeit von Zinn etwas herab und erh6ht dadurch den Eutektoidanteil. Das gleiclie gilt in etwas starkerem MaB fUr Antimon 2. Die deutsche Norm laBt nur 0,15% As zu. Fur Arsen durfte der zulassige H6chstgehalt urn 0,3% liegen. Bei h6heren Gehalten neigt der GuB zur Porositat.

Antimon wirkt ab 0,5% verspr6dend, da von etwa 0,3% an ein merklicher Dehnungsabfall eintritt, der von 1% ab durch Ruckgang der Zugfestigkeit und Streckgrenze erganzt wird. Die Normen sehen deshalb die Begrenzung des Antimongehaltes auf Werte zwischen 0,1 und 0,50/ 0 vor. Blei3 und Wismut sind in Zinnbronze und RotguB im festen Zustand praktisch un16slich und treten vorzugsweise an den Korngrenzen oder im Eutektoid als kleine Einschlusse auf.

Bleigehalte bis 1,5% beeinflussen die Festigkeitswerte unwesentlich, h6chstens durch einen geringfUgigen Abfall von Festigkeit und Harte. Die Dichte des Gusses wird nicht beeintrachtigt. Die Normen sehen deshalb entsprechend hoheToleranzen vor.Lediglich bei Schneckenund Zahnradern mit hoher Flachenbelastung sind schon Bleimengen von einigen Zehnteln Prozent bedenklich, da die kleinen Bleieinschlusse der Ausgangspunkt fUr Grubchenbildung (pittings) sein und damit die Zerst6rung der Zahnradflanken einleiten k6nnen. Die L!Lufeigenschaften werden bereits durch kleine Bleizusatze merklich verbessert. 1m RotguB sind Bleigehalte urn Ibis 2% auch fur Konstruktionsteile als nutz-

1 Heyn, E., O. Bauer: Stahl u. Eisen Bd.31 (19II) S. 1416. - Rolfe, R. T.: J. Inst. Met. Bd.20 (1918) S.263/73.

2 Rolfe, R. T.: J. Inst. Met. Bd.24 (1920) S.233/64. - Czochralski, J.: Z. Metallkde. Bd. 13 (1921) S.276.

3 Dewrance, J.: J. Inst. Met. Bd. II (1914) S. 214/23. - Rolfe, R. T.: J. Inst. Met. Bd.26 (1921) S.85/106. - Czochralski, J.: Z. Metallkde. Bd. 13 (1921) S. 171. - Giel3ereiztg. Bd.20 (1923) S. 1.

262 H. Mann: Legierungen mit Kupfer als Hauptbestaudteil.

licher Zuschlag zu betrachten. Fiir Lagerwerkstoffe sind wesentlich hohere Bleigehalte wiinschenswert. Wismut1 wird demgegeniiber moge lichst vermieden, da es in den technischen Kupfersorten die Ursache fiir starke Versprodung und Warmbriichigkeit ist. Die deutsche Norm begrenzt deshalb Wismut in Zinnbronze und RotguB auf hochstens 0,0l 0/0' obwohl in diesen Legierungen an sich hohere Gehalte geduldet werden konnten.

Die dritte Gruppe umfaBt Eisen, Nickel und Phosphor. Die Gemeinsamkeiten dieser drei Elemente sind nur gering.

Eisen2 kann zwar in Mengen um 1% die Festigkeit etwas erhohen, doch wird gleichzeitig die Dehnung herabgesetzt. Schon bei Gehalten von 0,2 bis 0,3% tritt Eisen in freier Form auf. Uberdies besteht die Gefahr, daB das Eisen oxydiert und an der Bildung einer zahen Schlackenhaut teilnimmt. Bei starker Uberhitzung der Schmelze, wie sie fiir altere VerbundgieBverfahren notig war, ist auch schon Karbidbildung beobachtet worden. Auf Grund dieser Nachteile ist Eisen ein unerwiinschter Bestandteil und wird in Zinnbronzen auf 0,2 bis 0,3% , in RotguB auBerst auf 0,5% begrenzt.

Nickel ist sowohl in Zinnbronzen wie in RotguB ein giitesteigernder Zusatz 3. Schon Mengen von einigen Zehntel Prozent steigern Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung. An der Giitesteigerung diirfte die durch Nickel bewirkte Kornverfeinerung wesentlich beteiligt sein.

Der Nickelzusatz verschiebt die ~-Mischkristallgrenze zu niedrigeren Zinngehalten. Ein Nickelzusatz zu den Zinnbronzen erhoht den Schmelzpunkt der Legierung, und zwar bis zu 3% Nickel an Stelle einer gleichen Menge Kupfer um etwa 7° C je 1% Ni. Diese Schmelzpunkterhohung ist in Hinblick auf die gute GieBbarkeit der Legierungen, die durch Nickel noch etwas verbessert wird, unerheblich. Zusatze im Bereich von 1 bis 1,5% sind zur Giitesteigerung von Zinnbronze und RotguB empfehlenswert. Die deutsche Norm toleriert bis 1% Nickel, die britischen und USA-Normen tolerieren in ahnlicher Hohe.

Gelegentlich tritt Schwefel als Verunreinigung in Zinnbronzen und RotguB auf. Es stammt vornehmlich aus schwefelhaltigen Brennstoffen, wie Koks und Teerol, deren Brenngase Schwefel als Dioxyd enthalten

1 Winterton, K.: Metal. Ind., Lond., Bd.71 (1947) S.482, 508. 2 Johnson, F.: J. lust. Metals Bd.8 (1912) S.192; Bd.20 (1918) S. 167;

Foundry Bd. 51 (1923) S. 893. - Bassett, H. N.: Bearing metals and alloys, p. 282. London 1937.

3 Read, A. A., R. H. Greaves: J. Inst. Met. Bd. II (1914) S. 169/213. J. Inst. Met. Bd.25 (1921) S.57/80. - Alexander, W.O.: J. Inst. Met. Paper. Nr.815, Sept. 1938, S.425/45. - Pilling, N. B., T. E. Kihlgren: Trans Amer. Foundry. Ass. Bd.2 (1931) S. 93/110; Met. Ind. (New York) Juni 1932), S.233.


und bei Beriihrung mit der Badoberflache an die Schmelze abgeben nach der Gleichung1):

S02 + 2 Cu + Sn --+ CU2S + Sn02

Diese Reaktion ist im Gegensatz zu der fiir unlegiertes Kupfer

giiltigen Beziehung S02 + 6 Cu ... Cu2S + 2CU20

nicht umkehrbar. Schwefeldioxyd wird also, wie auch Versuche bestatigt haben1, unter Bildung von Kupfersulfiir und Zinnsaure von der Schmelze aufgenommen. Schwefeldioxyd verursacht bei Bronzen beim VergieBen an sich keine Porositat, da es in der Schmelze nicht als Gas IOslich ist. Es ist noch ungeklart, ob der Gehalt an Kupfersulfiir versprodend wirkt oder, wie beim Kupfer, beim VergieBen zu S02-Entwicklung - in Kontakt mit den Formbaustoffen und der Atmosphare - Veranlassung geben kann 2. Sein Nachteil liegt in der Bildung von Zinnsaure, die die Schmelze dickfliissig und die Bronze fiir Lagerzwecke ungeeignet macht. Bei RotguB tritt iibrigens die harmlose Zinkoxydbildung an die Stelle der Zinnsaurebildung. In den Lieferbedingungen der Deutschen Bundesbahn fUr Bronze und RotguB wird die Forderung "praktisch schwefelfrei" gestellt. Die Entfernung des Schwefels im Schmelzgang ist durch die Anwendung alkalischer Raffinationsmittel, die in die Schmelze eingeriihrt werden, moglich.

Phosphor3 hat, obwohl Metalloid, als Zusatz zu Kupfer und seinen Legierungen eine einzigartige Sonderstellung als Gegenspieler zum Sauerstoff bzw. zu den Oxyden in der Schmelze. Zur Vermeidung von Wasserstoff, der - bei der Erstarrung frei werdend - mit Sauerstoff durch Wasserdampfbildung den GuB poros machen wiirde, wird Kupfer zweckmaBigerweise in leicht oxydierender Atmosphare oder unter einer Sauerstoff abgebenden FluBmitteldecke niedergeschmolzen. Beim Legieren des Kupfers mit Zinn, Zink oder Blei binden diese Legierungszusatze den Sauerstoff. Zinkoxyd und Bleioxyd verlassen, soweit nicht kleine Anteile in Losung gehen, ohne Riickstand die Schmelze, so daB sich eine besondere Desoxydation eriibrigt. Zinn jedoch bildet mit Sauerstoff Zinndioxyd, das die Schmelze in Form rhombischer Kristalle von auBerordentlicher Harte durchsetztund die Bronze als Lagermetall sehr schadigt, da diese Zinnsaurekristalle sogar Stahlwellen angreifen. Das Kupfer muB deshalb vor dem Zulegieren des Zinns desoxydiert werden, ohne daB aus dieser Vordesoxydation nachteilige Reaktionsprodukte in der Schmelze verbleiben. Phosphor ist fiir diese

1 Rontgen, P., G. Schwietzke: Z. Metallkde. Bd.21 (1929) S. 117/20. 2 Siebe, P.: Z. Metallkde. Bd. 19 (1927) S.311/15. 3 Dews, H. 0.: J. lust. Met. Bd.44 (1930) S.255-266. - Bassett, H. N.:

Bearing metals and alloys, p.276/80. London 1937. (Hinweise auf Untersuchung von Philip.) - Masing, G.: GieBerei Bd.36 (1949) S.274/75.


Aufgabe besonders geeignet, da das Reaktionsprodukt, Phosphorpentoxyd, fltichtig geht bzw. verschlackt. Ein PhosphortiberschuB ist im Kupfer bis etwa 0,2% lOslich, dartiber hinaus tritt Kupferphosphid als zweite Phase auf!. In del' Praxis halt man im Kupfer den Phosphorrestgehalt weit unter del' L6slichkeitsgrenze, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,05% , zumal wenn auf Erhaltung einer hohen Wiirmeleitfiihigkeit Wert gelegt wird. Durch Zulegieren von Zinn wird die L6slichkeit des Phosphors etwas herabgesetzt. Mit Kupfer und Zinn bildet sich ein tern ares Eutektikum von del' Zusammensetzung 80,7 %

Abh.l'6. Zino-GlIlJul'onzc mit 11,5 % So, 0,7 % P, 87,8% Cu, in trockencn Sand vergo.ssen. a -Mischkristalle, a + 6-Elltektoid. lImsilumt

von l'hcsphidelltcktikum. 400 x.

Kupfer, 14,8% Zinn, 4,5% Phosphor, das bei 628 0 erstarrt, wiihrend del' Schmelzpunkt des Kupfer - Kupferphosphid -Eutektikums mit 8,3% Phosphor bei 707 ° liegt. Schon bei 0,1 % Phosphor k6nnen die ersten Phosphidanteile im Schliff durch Atzen nachgewiesen werden 2• Abb. 168 zeigt das Phosphid als Saum um das Eutektoid einer GuBbronze mit 1l,5% Zinn und 0,7% Phosphor. Das Phosphid hat sich in ZinnGuBbronzen als ntitzlicher Bestandteil erwiesen, da es als harter Tragkristall die Wirkung des Eutektoids untersttitzt. In Zinn-GuB

bronzen sind Phosphorgehalte bis 1% , auBerst 1,30/ 0, ublich. H6here Gehalte lassen sich wegen del' Oxydationsneigung des Phosphors beim Schmelzen und GieBen nur schwer in del' Schmelze halten, fUhren auch zur Versprodung. In Knetlegierungen fUr L9,gerzwecke, insbesondere in Sn Hz 8, sind Phosphorgehalte zwischen 0,1 und 0,3°/ ° Ublich. Del' Schmelzpunkt des Eutektikums erschwert bei del' Warmverformung, z. B. auf Strangpressen, die Verformung bei Temperaturen oberhalb 628°. Die untere Grenze ist andererseits durch den Existenzbereich des sproden o-Kristalles, d . i. 520°, gegeben 3 . Die homogenisierende Verarbeitung durch wiederholtes Verformen und Gltihen bringt das Phosphid im Schliffbild vOllig zum Verschwinden.

1 Hudson, O. F .• E . F . Law: J. Inst. Met. Bd. 3 (1910) S_ 161 /86. - Vero, J.: Z. anorg. allg. Chern. Bd. 213 (1933) S. 11 u. 257. - Glaser, L. C., H. J. Seemann: Z. techno Physik Bd. 7 (1926) S.42/46, 90/95.

2 Dews, H. C.: J. Inst. Met. Bd.44 (1930) S.255/66. Bassett, H . N.: Bearing metals and alloys, p. 276/80. London 1937. (Hinweise auf Untersuchung von Philip.) - 3 Comstock, G. F. : Foundry Bd.37 (1909) S.79.


Ob der gelOste Phosphor oder das evtl. submikroskopisch ausgeschiedene Phosphideutektikum oc + CuaP die Laufspiegelbildung, wie gelegentlich vermutet wurde, besonders begiinstigt, ist eine offene Frage. Nach den vorliegenden Ergebnissen besteht zunachst nur AnlaB zu der Annahme, daB Phosphor in Erganzung zum Zinn also hartender GefUgebestandteil wirksam ist und dabei evtl. zum Austausch eines kleinen Zinn/tnteiles dienen kann. In zinkhaltigen Kupferlegierungen ist die Loslichkeit des Phosphors wesentlich geringer als in Kupfer und Kupfer-ZinnI. In "gunmetal" 88/10/2 (SandguB) und Messing wurde sie zu etwa 0,05% ermittelt. Bei hoheren Phosphorgehalten versproden die zinkhaltigen GuBlegierungen. Man begrenzt deshalb den Restgehalt. auf hochstens 0,04% , Ausnahmen bilden Knetlegierungen wie ZinnMehrstoffbronze und das fUr Laufzwecke entwickelte Knetmessing mit 66 bis 70% Kupfer, 0,2 bis 0,4% Phosphor, Rest Zink, bei dem die Phosphide durch Heterogenisierung die Laufeigenschaften ver bessern sollen.

Da der Legierungsbestandteil Zink die Legierung desoxydiert. erhebt sich die Frage nach dem Sinn von Phosphorzusatzen in zinkhaltigen Legierungen, insbesondere in RotguB. Man setzt diesen Legierungen auch nur selten Phosphor zu, und zwar nicht zur Dexoxydation. sondern zur Raffination, d. h. zur Befreiung verunreinigter Schmelzen von unerwiinschten Beimengungen, wobei neben der chemischen Bindung auch der leichteren Verschlackung der Verunreinigungen und ihrer Reaktionsprodukte infolge Erniedrigung der Viskositat, die der Phosphorzusatz bewirkt, besondere Bedeutung zukommt.

Zinn-M ehrstoffbronzen, also Knetlegierungen mit Zusammensetzungen ahnlich RotguB, haben im GuBzustand ein ganz entsprechendes Gefiige, also oc-Zonenkristalle, in die bei hoheren Zinngehalten Eutektoidinseln eingelagert sind. Bei Phosphorgehalten, die bis zur Hochstmenge von etwa 0,3°/ ° toleriert werden, tritt Phosphid als weiterer GefUgebestandteiI auf. SnMBz dient als Austauschwerkstoff fUr Zinnbronzen, bei denen ein Anteil des Zinns durch Zink ersetzt wird. Sie wird hauptsachlich durch Warm- und Kaltverformung zu harten Bandern ausgewalzt. Bei diesen wechselnden GIiih- und Knetprozessen wird das Material homogenisiert und dabei das Eutektoid und Phosphid, soweit die iiblichen VergroBerungen des Mikroskops dies beurteilen lassen, weitgehend in Losung gebracht.

Die bleifreien SnMBz-Sorten, von denen DIN 1726 eine Legierung mit 4 bis 6% Zinn, 4 bis 60/ 0 Zink, Rest Kupfer enthalt, eignen sich in gewissen Grenzen auch fUr Lagerzwecke. Insbesondere konnen gerollte Biichsen aus SnMBz-Band hergestellt werden. Es hat sich jedoch als.

1 Bauer, 0., O. Vollenbruck: Z. Metallkde. Bd. 17 (1925) S.60.


zweckmiiBig erwiesen, das Material fUr Lagerzwecke zu "heterogenisieren". Durch Zusatz von Blei ist so eine SnMBz-Sorte entstanden, die sich als Lagermetall im Austausch fiir gezogene Zinnbronzerohre in Form von Rollbiichsen cLUS kaltgewalztem Band hervorragend bewahrt hat!. Dieser Werkstoff, vorzugsweise eine Legierung mit 4010 Zinn, 4% Blei, 2 bis 4% Zink, Rest Kupfer, weist illl Gu13zustand, wie Abb. 177 zeigt, das typische Gefiige von in Kokille vergossenem RotguB auf. Da der Bleigehalt die Legierung warmbriichig macht, muB sie mit zahlreichen ZwischenglUhungen kalt verarbeitet werden. Dabei werden die Zonenkristalle homogenisiert, und das rekristallisierte Gefiige des kalt-

Abb.177. Zinn-Mehrstoffbronze mit 4% Su, 4% Zu, 4% Pb, 88% Cu (SAE 791), ill Kokille vergossen. GuBstrnktnr, Zonell-

kristallc. 75 x.

gewalzten Bleches weist im Fertigzustand nach Abb. 178 die gestl'eck-

Abb. 178. Zinll-lIlehrstoffbrouze mit 4% Sn, 4% Zn, 4% Pb, 88% Cn (SAE 791), ails Gnllplatte dnreh wiederholtes Walzen und Gliihen Z\l kalt verfestigten, B1ech verarbeitet. Gestreckte homogene a-Mischkristalle, zahlreiche

Bleieinschliisse. 75 x.

ten Korner des homogenisierten IX-Mischkristalles mit zahlreichen fein verteilten Bleieinschliissen auf.

Messing und Sondermcssing. Das Zweistoffdiagramm Kupfer-Zink zeigt Abb. 1792• Gleitlagerlegierungen stammen aus beiden auch sonst iiblichen Bereichen technischer Legierungen, aus dem homogenen IXBereich, del' sich durch gute KaltverfOl'mbal'keit auszeichnet, und aus clem heterogenen IX + P-Bereich, dessen p-Anteil eine gute Warmverformbarkeit ennoglicht. In beiden Bereichen legiert man weitel'e Komponenten hinzu, um den Grad del' Heterogenitiit zu erhohen und die Festigkeitswerte zu steigern. In den Jahren bis 1940 gab man den IX + P-Legie-

1 Croft, H. P., E. G. Mitchell , V. Hoover, J. K. Anthony: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949. S. 140/45.

2 Bauer, 0., M. Hansen: Der Aufbau der Kupfer-Zink-Legierungen. Mitt. dtsch. Mat.-Priif-Anst., Sonderheft IV, Berlin 1927.


rungen fill Lagerzwecke den Vorzug1, weil sie schon ohne Zusatze heterogen sind, sich auf der Strangpresse in warmem Zustand sehr wirtschaftlich verformen lassen und durch Zusatz einer ganzen Reihe dritter Metalle weiter heteroge- Zn.-nisiert und verfestigt werden 110/ 10 20 30 I/IJAtom-%SO

konnen. DC ~ schLlze Typische Legierungen dieses Bereiches liegen bei 56 bis 59% Kupfer, 0,5 bis 2,50/ 0 Eisen, 1 bis 30/ 0 Mangan, 0,2 bis 1,50/ 0

Nickel, 0,4 bis 2,50/ 0 Aluminium, Rest Zink. Das stark hartende und das Gefuge zum p hin verlagernde Aluminium kann teilweise durch Silizium (bis 0,6%) oder Zinn (bis 0,8%) ausgetauscht werden. Um unzulassige Kaltsprodigkeit zu vermeiden, ist die Legierung so abzustimmen, daB neben der /1-Grundmasse noch ein Anteil a. vorhanden ist. Dazu treten im GefUge dieser Legierungen, fUr die Abb. 180 ein Beispiel bringt, weitere GefUgebestandteile als Einsprengungen auf, die aus den Zusatzen stammen. Der Legierungstyp des IX + /1-Sondermessings tritt fUr Gleitlagerzwecke bei uns seit 1940 zunehmend zuruck gegenuber "heterogenisierten" IX-Messingen. Die Grunde dafur sind nicht ganz eindeutig. Sie liegen

1000

900

800

700

t <.. ~ 6'00 ~ ~ ~

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I I 10 20 30 I/IJBew;-r.50

Zn.-90 80 70 6'0 6ew.-% 50

-Gil. Allb. 179. Zustandsschaublld Kupfer-Zink,

kupferreiche Seite.

nach Auffassung des Berichters vor allem in der Erkenntnis, daB Messing mit hohem Zinkgehalt durch niedrigere Streckgrenze und dadurch bedingte bleibende Formanderungen im Bereich der Betriebs· und Ubertemperaturen zum "Wachsen" neigt und dadurch groBere Betriebsschwierigkeiten als Messing mit niedrigerem Zinkgehalt bereitet: Hinzu kommt die wesentlich bessere Kaltverformbarkeit des IX-Messings bei voll ausreichender WarmpreBbarkeit. Es galt dabei lediglich, den IX-Messingen geeignete Legierungselemente zur Heterogenisierung zu-

1 Neave, D. P. C.: Proc. Instn. Automobile Engr. Bd. 31 (1936/37) S.624-657.


zusetzen. Die Massenfertigung der USA bedient sich seit langem gewalzter O(-Messingbander filr Rollbiichsen, bei denen lediglich eine geringe Heterogenisierung durch 2 bis 3% B1ei und eine zusittzliche Hartung durch 0,5 bis 1% Zinn vorgenomlllen wird. Rei uns war eine Entwicklung erfolgreich, bei der Legierungen mit 66 bis 70%

Kupfer, 0,8 bis 1,2% Silizium oder aIternativ 0,2 bis 0,4% Phosphor, Rest Zink durch Warm- und K altverarbeitung zu Rohren und Eundem fiir die Lagerherstellung verarbeitet wErden (vgI. Abb. 183). Un sere Betrachtung gilt im folgenden dem Einflu13 del' in Sonderlllessingen verwendeten Zusiitze auf das Gefiige. Diese Wirkungen waren bis

Abb. 180. Sonder-GIeitmeseing, warm geprellt lind knit nachgezogell. 59,6% Cu, 0,8% Fe, 1,4% Mil. 0,5% AI. 0,5% Ni , 0,3% SIl, 0,3% Pb, Rest Zn./i-Grull<lrnasse, a·Kristalle(nadelfOrmig), a-Fe-Mischkristalle (dunkle Pnnkte).

400 x.

VOl' etwa zehn Jahren fast nul' fiir die 0( + P-Sonderl1le~singe von technischer Bedeutung. Del' H,wptteil der Veroffentlichungen bezieht sich deshalb auch auf diese Legierungsgruppe. Dabei diskutieren wir die Wirkung de!" zulegierten Elelllente einzeln. Es llluB beriicksichtigt werden, daB ihre Kombination wegen gegenseitiger Einfliisse auf Struktur und Verhalten noch zusatzliche Wirkungen bedingt.

Eisen l ist in Gehalten von 0,5 bis 4% ein wesentlicher Bestandteil der 0( + P-Sondermessinge fiir gleitende Beanspruchung. Eisen ist sowohl illl 0(- wie im P-Mischkristall in ahnlicher Menge 16slich

Wle 1Il Kupfer, d. h . die Loslichkei t liegt bei Temperaturen um 800 0

etwas unter 1% und nirnmt bei fallender Temperatur abo Hei Zimmertemperatur ist die Loslichkeit praktisch Null. Die Ausscheidung des Eisens erfolgt bei Abkiihlung aus dem P-Mischkristall verhiiltnisma13ig schnell, aus dem O(-Mischkristall jedoch truge. Del' Gehalt an mikroskopisch nachweisbarem Eisen ist daher eine Frage del' Kristallart und der Warmebehandlung. Bei 0( + p-Messing sind Eisenmengen unter 1°/ ° nur illl P-Mischkristall bei starker Auflosung nachweisbar, erst anschlieBendes Gliihen bewirkt eine Sichtbarl1lachung durch Zusamlllenballung und Ausscheidung auch aus 0(. Hei Eisengehalten iiber 1% tritt neben dem sekundaren auch pril1l ares Eisen auf. Bei verformten Legierungen wird durch AnlaBgliihungen, eventuell unterstiitzt durch Kaltverforlllung, eine l3egiinstigung der Ausscheidung erreicht. Eisenzusatz

1 Bauer, 0., M. Hansen: Z. Metallkde. Ed. 26 (1934) S. 121~128.


bewirkt eine geringe scheinbare Erhohung des Kupfergehaltes, d. h. die Sattigungsgrenze des a + Ii-Mischkristalls verschiebt sich etwas nach kupferarmeren Konzentrationen hin.

Eisen bewirkt insbesondere bei a + Ii-Messing eine merkliche Gefiigeverfeinerung, die weniger bei GuB- als vielmehr bei Knetlegierungen in Erscheinung tritt. Del' durch den Eisenzusatz gebildete hellgraue Gefiigebestandteil ist del' hocheisenhaltige an Kupfer und Zink gesattigte a-FeMischkristall. Er diirfte die Gleiteigenschaften durch Schaffung einer gewissen Heterogenitat begiinstigen (vgl. Abb. 180) und ist aus diesem Grunde fiir Laufmessinge von Bedeutung. In diesen Messingen liegt del' Eisengehalt iiblicherweise zwischen 1 und 2,50/ 0 ,

Zinni ist in geringen Mengen in Messing lOslich, und zwar bei 400 0

im a-Mischkristall bis zu 1,50/ 0

und im Ii-Mischkristall bis zu 0,40/ o. TIber 0,4 bis 1,50 / 0 (je nach CuGehalt) hinausgehende Zinngehalte fiihren zum Auftreten einer neuen, als y bezeichneten Kristallart. 1m GuBzustand wird das Gleichgewicht bei praktisch iiblicher Abkiihlung nicht erreicht. So wurden in einem GuB mit 65,80 / 0

Cu, 1,1 0/ 0 Sn, Rest Zn, derim Gleichgewichtszustand unterhalb etwa 675 0 nur a-Mischkristalle aufweisen sollte, aIle drei Kristall-

Abb . .181. Sonder-Glcitmessing, gegosscn. 62% CU,4% Sn, 3% Pb, 31% Zn . a-Mischkristalle (hell), Eutektoid a + y (getiintc Adem), BIeicinschWsse (schwarz) im llnu alii Eutektoid.

400 x.

arten a, Ii und y nachgewiesen. Entspricht das Auftreten von y bei Zimmertemperatur dem Gleichgewicht, so kommt es bei langsamer Erstarrung zur Ausbildung des (a + y)-Eutektoids (Abb. 181). Das Gefiige ist dem del' ZinnguBbronzen ahnlich. Legierungen diesel' Art werden gelegentlich zum Austausch del' genormten GuBbronzen empfohlen. Del' Zusatz von Blei bringt eine weitere Begi.instigung del' Laufeigenschaften. Legierungen dieses Typs mit niedrigerem Kupfergehalt, die bei Zimmertemperatur aus a, Ii und y aufgebaut sind, werden auch oft fiir bestimmte Anwendungsgebiete wie Hahnkegel und Stromabnehmerrollen, die starkem VerschleiB unterworfen sind, verwendet. Diese zinnhaltigen Messinge lassen sich gut warm verarbeiten, z. B. durch Pressen ins Gesenk. Zinngehalte unterhalb del' Loslichkeitsgrenze, d. h. un tel' etwa 10/ 0, dienen in Lauf-

1 Bauer, 0 ., M. Hansen: Z. Metallkde. Bd. 22 (1930) S. 405-411; Bd. 23 (1931) S.19-22.


messingen der Hartesteigerung. 1m iibrigen k6nnte die veranderte Deckschichtenbildung fUr die Benetzbarkeit von Bedeutung sein.

NickeP fiihrt nicht zur Bildung einer dritten Kristallart. Es verschiebt die Zustandsgebiete zu kupferarmeren Konzentrationen, d. h. der p-Kristall wird durch das Auftreten von Nickel zuriickgedrangt. Nickel begiinstigt die Dehnung, Kerbzahigkeit und Dauerfestigkeit, femer die Korrosionsbestandigkeit und Warmfestigkeit. Diese guten Einfliisse beziehen sich also hauptsachlich auf Messinge, die hohen Belastungen ausgesetzt sind und einem Korrosionsangriff unterliegen. Nickelzusatz begiinstigt auch ein feines Kom. Wir finden es in Lagerlegierungen in Mengen von 0,5 bis 1,5% •

Mangan2 hat ahnliche Wirkungen wie Nickel und dient dariiber hinaus als Desoxydationsmittel. Es verschiebt ebenfaIls, wenn auch in wesentlich geringerem Grad als Nickel, die Sattigungsgrenze zu kupferarmeren Konzentrationen hin. In Legierungen, die fJ enthalten, tritt durch Manganzusatz iiber 4 bis 4,7% unterhalb 375 0 eine neue Mnreiche Phase (0 infolge der mit fallender Temperatur stark abnehmenden L6slichkeit von Mangan in fJ auf. Die praktisch verwendeten ManganGehalte liegen unterhalb dieser Grenze, meist bei 1 bis 2, h6chstens 3%' da hohere Gehalte zu einer Erniedrigung der Dehnung und Schlagfestigkeit fUhren. Rei verformtem Material wirkt sich die verfestigende Wirkung von Mangan besonders giinstig aus.

Aluminium3 hat nachst Silizium die starkste Wirkung unter den Zusatze1ementen in Zink-Kupferlegierungen, da es die Streckgrenze, Festigkeit und Harte stark erh6ht, ohne zunachst Dehnung und Einschniirung ungiinstig zu beeinflussen. Die Sattigungsgrenze des IX-Mischkristalls der Kupfer-Zink-Legierungen wird durch 3,5% Al auf 72,5% Cu, die Sattigungsgrenze des fJ-Mischkristalls durch 4,50/0 Al auf 65,5% Cu verschoben. Dariiber hinausgehende Aluminiumgehalte fiihren zum Auftreten der sproden fJ-Kristallart und machen durch starken Abfall der Dehnung und Schlagfestigkeit die Legierungen praktisch uninteressant. Die technisch verwendeten AI-Gehalte liegen daher fast ausschlieBlich in den Grenzen von 0,5 bis 30/0' meist zwischen 1 und 2%.

Aluminium bringt eine so bemerkenswerte Steigerung der Festigkeit, daB es in hochfesten Sondermessingen von jeher bevorzugt zulegiert wurde. Dies ist offen bar auch der Grund fiir seine Bevorzugung in den IX + fJ-Sondermessingen, die speziell fUr gleitende Beanspruchung bestimmt sind. Da jedoch schon geringste Aluminiumgehalte, wie jeder

1 Bauer, 0., M. Hansen: Z. Metallkde. Bd.21 (1929) S.357-367. 2 Bauer, 0., M. Hansen: Z. Metallkde. Bd.25 (1933) S.17-22. 3 Bauer, 0., M. Hansen: Z. Metallkde. Bd.24 (1932) S. 73-78, 104-106.

Bronze, Rotgul3, Messing. 271

Gie.Ber beobachtet, zur Bildung aluminiumoxydhaltiger Oberflachenschichten fUhren, die bei halbflussiger Reibung von Nachteil sind, so ist Aluminium in Lagermessing ein problematischer Zuschlag, der sich besonders bei hohen Gleitgeschwindigkeite~ nachteilig auswirken kann. Die neuereEntwicklung neigt deshalb zu einer Bevorzugung des Siliziums, nachdem die Erprobung in der Praxis gezeigt hat, da.B Siliziumzusatze in Mengen urn die Loslichkeitsgrenze bei bedeutender Festigkeits. steigerung die OberfHichenschichten der Sondermessinge in bezug auf die Paarung mit stahlernen Wellenzapfen nicht merkbar nachteilig beeinflussen, obwohl dies in Hinblick auf die Bildung siliziumdioxydhaltiger Oberflachenschichten zunachst problematisch war.

Die Bildung aluminiumoxydhaltiger Deckschichten ist von besonderem Nachteil beim Plattieren von Kupferlegierungen mit Stahl, bei Gu.Bplattierungen ubrigens noch ausgepragter als bei Knetplattierungen. Diese Beobachtung fuhrte vor einigen Jahren, als solche Aufgaben haufig gestellt wurden, zur Entwicklung aluminiumfreier Sondermessinge etwa der Zusammensetzung 57% Kupfer, 1,8% Mangan, 0,8% Eisen, Rest Zink speziell fUr Plattierzwecke. Ahnliche Zusammensetzungen mit AIHochstgehalten von 0,1 bis 0,2% werden auch dann vorgeschrieben, wenn an den Messingteilen, insbesondere an Messinggu.B, zuverlassige Weichlotungen vorgenommen werden sollen.

1m Gegensatz zu den geschilderten Nachteilen im Kontakt mit anderen Werkstoffen, sei es in Beruhrung mit dem Wellenzapfen, sei es bei Diffusionsbindung im Plattier- oder Lotproze.B, bringt der Aluminiumgehalt durch die Bildung der Oxydhaut auf der Schmelze beim Vergie.Ben von Kupferlegierungen in Kokille Vorteile besonderer Art. Hier wirkt die Oxydhaut, die bewu.Bt durch Zulegieren von mindestens einigen Zehnteln Prozent Aluminium angestrebt wird, als Schlichte, die zur Schonung der metallischen Dauerform durch Vermeidung des "Angie.Bens" wesentlich beitragt.

Silizium1 geht in Kupfer bei Zimmertemperatur bis zu etwa 4%

in Losung. In Zink-Kupfer-Legierungen nimmt die Loslichkeit mit steigendem Zinkgehalt abo Sie betragt bei 70% Kupfer, Rest Zink, nur noch etwa 1%. Silizium ubt auf Kupfer und seine Legierungen eine noch starker hartende und verfestigende Wirkung aus als Aluminium und wird deshalb auch bei Sondermessingen im Austausch fUr Aluminium verwendet. Dabei mu.B der Siliziumzusatz zur Einhaltung der verlangten physikalischen Werte in engen Grenzen gehalten werden, was beim Schmelzen und Legieren wegen der Reaktions- und insbesondere Oxydationsneigung des Siliziums besondere Aufmerksam-

1 Gould, H. W., K. W. Ray: Metals and Alloys, Bd.l (1930) S.455-507, 502-507; Metallurgist (Suppl. to Engineer) Bd.6 (1930) S. 95-96; Metallurgia Bd.2 (1930) S.48. - Vaders, E.: J. lnst. Met. Bd.44 (1930) S.363-379.


keit erfordert. Bei den Sondermessingen des (X + /1-Bereiches mit etwa 58°10 Kupfer liegt del' Siliziumgehalt selten hoher als 0,5°/ 0' Eine zusatzliche Hartung wird bei diesem Legierungstyp oft durch Aluminium-zusatz - etwa in Hohe von 0,5 bis 2% - bewirkt. SonderguBmessinge mit hoher-em Kupfergehalt als 70% und Siliziumzusiitzen von 2 bis 4°/ ° und Zinnzusiitzen bis zu 2% besitzen durch Ausbildung einer harten und sproden Kristallart neben dem (X-Mischkristall einen Gefiigeaufbau, del' A.hnlichkeit mit del' Struktur von ZinnguBbronzen und RotguB besitzt (Abb. 182). Diese Legierungsgruppe wird deshalb ebenso wie das auf Seite 269 erwahnte zinnhaltige GuBmessing zum Austausch fiir ZinnguB-

Abb. 182. Sonder-Gleitmessing, gegosscn 80% Cu, 3% Si, 2% Sn, 15 % Zn .

a-Mischkristalle, Silizide. 400 x.

Abb. 1~;3. Sonder-Gleitmessing, wu"rmgeprcGt. G7,2% Cn , 1,O(YoSi, Rest I'.;n. u-Grundmassc.

fl-Re"tc. 75 x.

bronze und RotguB genannt. Als weitere Austauschlegierungen sind Kupferlegierungen erprobt worden, die Sil.izium gemeinsam mit Legierungen del' Eisengruppe, vorzugsweise Eisen und Mangan, enthalten1.

His heute hat sich Imine diesel' J~egierungsgl'UJlpen gegen ZinnguBbronzen und RotguB durchsetzen konnen, zUlllal die leblten durch Gewohnung und Normung in aller Welt gebriiuchlich sind. Das sagt nichts gegen den Anwendungsbereich und die Bewiihrung del' neuen Legierungen an sich, es lilBt abel' vermut~n, daB Zinnbeschaffungssorgen von einem bisher nicht gekannten Aus lllaB eine Voraussetzung fill' die allgemeine Einfilhl'ung zinnfreier GuBbronzen fUr Lagerzwecke sein milBten.

Auf dem Gebiet d el' zinnfreien Knetwerkstoffe, insbesondere fiir gewalzte Bander und nahtlos gezogene Rohre, ist allerdings die Entwicklung heute schon recht lebhaft2. Hier haben sich Legierungen mit 67 bis

1 Heusler, Fr., O. Heusler: Kupfer-Mangan-Zweistofflegierungen. WerkstoffHandbuch NE-Metalle F9 8.1-2. Berlin: VDI-Verlag 1939. - Druckschriftvon Vickers libel' PMG-Legierungen.

2 Lay, E.: Jahrbuch del' Metalle 1943. 8. 120 - 135. Berlin 1943.


70°/ ° Kupfer, Rest Zink, mit einem hartenden Zuschlag von etwa 1%

Silizium ein bedeutendes Anwendungsgebiet im Wettbewerb mit gezogenen Phosphor-Zinnbronze-Rohren erschlossen. Das Gefuge dieses Gleitwerkstoffes mit dem Kurzzeichen SoMs 68 weist nach Abb. 183 eine durch Silizium gehartete a-Grundmasse mit Einsprengungen aus Siliziden und gegebenenfalls ,8-Resten auf. Dem Silizium kommt neb en dem Aluminium nach Auffassung des Berichters bei del' kommenden Entwicklung del' Kupfer~

legierungen eine Bedeutung zu, die vorstehend ein naheres Eingehen auch auf Zusammenhange auBerhalb spezieller metallographischer Fragen wunschenswert erscheinen lieB.

Aluminiumbronzen1. 1m Zustandsschaubild Kupfer-Aluminium (Abb.184)2 besteht auf del' kupferreichen Seite ein Mischkristallgebiet, das bis zu 9,6% Al reicht. Die in den anschlieBenden Zustandsfeldern auftretende ,8-Phase ist, ahnlich wie bei Kupfer-Zinn, nul' bei hoheren Temperaturen bestandig. Sie erleidet bei 570 0 einen eutektoiden Zerfall in IX + y'. Diese Reaktion ist sehr trage, erfolgt daher nur bei langsamer Abkuhlung und verlauft uber metastabile Phasen, und zwar tritt bis 300 0

fJl und unterhalb 300 0 fl' auf. Die Zwischenphase,8' ist bei Raumtempe-ratur bestiindig und tritt im Schliffbild in nadeliger Form ahnlich dem Martensit auf. Wahrend der IX-Mischkristall eine verhaltnismaBig hohe Verformungsfahigkeit besitzt, ist del' fl'-Bestandteil sehr hart. Eine noch groBere Harte und Spro

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Abb. 184. Zustandsschaubild Kupfer-Aluminium, kupferreiche Scitc.

digkeit besitzt y'. Diese beiden Phasen sind die in den technisch verwende ten Zweistoff-Aluminiumbronzen mit Gehalten bis zu etwa 12% Al neben dem a-Mischkristall auftretenden Bestandteile. Hohere Festigkeit und Harte wird im allgemeinen durch ErhOhung des fl'-Anteiles erzielt, wahrend das Auftreten von Y' eine fUr die meisten

1 Deutsches Kupfer-Institut: Druckschrift "Aluminiumbronzen" Berlin 1943. 2 Hansen, M.: Der Aufbau der Zweistofflegierungen. S. 98-108. Berlin 1936.

18 Ki.ihnel, Gleitlager 2. Aufl.


technischen Verwendungszwecke zu starke Versprodung zur Folge hat. 1m GuBzustand sind infolge unvollkommenen Gleichgewichtes auch Legierungen mit weniger als 9,6% Al heterogen. Der heterogene Aufbau ist fUr Gleitbeanspruchung ::'.,uch hier gunstig.

Die verwickelten Umwandlungen des tJ'-Mischkristalles konnen bei WerkstUcken aus Aluminiumbronze infolge der oft nicht genugend beherrschbaren Erstarrungsgeschwindigkeit eine fur den Verwendungszweck wenig geeignete Struktur, beispielsweise das Vorhandensein eines zu hohen Anteils an y' und als Folge davon ungunstige physikalische Eigenschaften ergeben. In sol chen Fallen kann der gewunschte Zustand durch eine Warmebehandlung herbeigefUhrt werden (Abb. 186 U. I8S)1.

Abb. 185. Aluminium-Mehrstoffbronze, gegossen. 85.7% Cu, 10,5% AI, 3,8% Fe.

400 x.

Abb. 186. Aluminium-Mehrstoffbronze, geschmiedet. 85,7% Cu, 10,5% AI, 3,8% }<'e.

400 x.

Durch Abschrecken aus dem ()( + tJ'-Feld kann beispielsweise y' vollig unterdruckt werden. Als Legierungszusatze zu den Aluminiumbronzen kommen die Elemente der Eisengruppe: Eisen, Nickel, Mangan, ferner Silizium, schlieBlich noch Blei zur Verbesserung der Zerspanbarkeit in Betracht. Eisen2 wird in Mengen bis zu 6% zulegiert. Es geht nur bis zu etwa 4% in Losung und tritt daruber hinaus in Form blaugrauer Eiseneinschlusse auf. Eisen verfeinert das Korn und steigert Festigkeit, Streckgrenze und Harte, allerdings etwas auf Kosten der Dehnung. Sein Iestigkeitssteigernder EinfluB ahnelt dem eines erhohten Al-Zusatzes, dabei gibt Eisen jedoch die Moglichkeit, im ()( + tJ'-Bereich zu verformen und das schwerer zu verformende und zu grober Ausbildung neigende reine fJ zu vermeiden. Nickel3 wird in Mengen bis zu 60/0 und

1 Hansen, M.: Metallwirtsch. Bd. 14 (1935) S.693-695. 2 Corse, W. M., G. F. Comstock: Proc. Amer. lnst. Met. Bd.lO (1917) S.119. 3 Read, A. A., R. H. Greaves: J. Inst. Met. Bd. 11 (1914) S. 169-213. - J,lnst.

Met. Bd.25 (1921) S. 57 -80. - Alexander, W.O.: J. lnst. Met., Paper Nr. 815, Sept. 1938, S.425-445.

Bronze, Rotgull. Messing. 275

Mangan 1 bis zu 2,5% zugeschlagen. Heide Mengen diirften in den genannten Mengen volh;tandig in Lasung gehen. Sie bringen eine Erhahung der ]'estigkeitszahlen ohne wesentliche Beeintrachtigung der Dehnung. Ih.I EinfluB ist teilweise nicht so ausgepragt wie der von Eisen.

Silizium wird in Mengen bis zu etwa 3% , meist unter 1% , zulegiert und bewirkt eine starke Lasungshartung. Zusatze der genannten Metalle bringen neben den erhahten physikalischen Werten noch eine gewisse Verbesserung der GieBbarkeit.

Auf die Metallographie sonstiger fur Gleitzwecke verwendeterBronzen gehen wir nur kurz ein. Die Al-haltigen Nickelbronzen weisen bei nied-

--~-

Abb. 187. Aluminium-Mehrstoffbronze, gcgossen. 79,6% CIl, 10,0% AI, 4,80% Ni,

5,2% I<'e, 0,4% Mil. 400 x.

Abb. 188. AIllminium-Mehrstoffbronze, geschmiedet. 79,6% Cu, 10,0 % AI, 4,% Ni,

5,2% Fe, 0,4% Mn. 400 x.

rigen AI- (und Si-) Gehalten (z.B. 15% Ni, 3% AI, Rest eu) homogene IX-Mischkristalle auf, in denen bei langsamer Abkiihlung oder nach Anlassen Ausscheidungen einer zweiten Phase mit Aushartungseffekten beobachtet werden. Rei haheren AI-Gehalten tritt, unterstiitzt durch Zusatze wie Si, f1 als zweite Phase auf. Diese zwischen den Nickel- und den Aluminiumbronzen liegenden praktisch iiblichen Legierungen sind demnach meist zweiphasig. Die ziemlich verwickelten, von Ausscheidungen begleiteten Umwandlungsvorgange bei den Legierungen dieser Gruppe sind eingehender von Alexander2 bearbeitet worden.

e) Beziehung zwischen Aufbau, Eigenschaften, OberfHichenzustand und Gleitvcrhalten. Die Beziehung zwischen Gefiigeausbildung, physikalischen Eigenschaften und Gleitverhalten kannen bei den Lagerbronzen

1 Rosenhain, W., F. C. Lantsberry: 9. Bericht an das Alloys Research Commitee. The National Physical Laboratory. London 1911.

2 Alexander, W.O.: J. Inst. Met., Paper Nr. 815, Sept. 1938. S.425-445.

IS'


grundsatzlich auf der gleichen Grundlage behandelt werden wie bei den anderen Lagerwerkstoffen1 .

Die Bedeutung der GefUgeausbildung fur die Gleiteigenschaften steht auch heute noch zur Diskussion. Festzustehen scheint, daB fUr Gleitwerkstoffe, die beim Einlauf und unter erschwerten Betriebszustanden plastischer Verformung ausgesetzt zu sein pflegen, der heterogene Aufbau vorteilhaft und wunschenswert ist. Dieser Grundsatz schlieBt nicht aus, daB unter gunstigen Voraussetzungen homogene Lagerwerkstoffe auch unter schweren Betriebsbedingungen erfolgreich benutzt werden konnen, wenn ihre Neigung zum Anreiben mit dem Gegenwerkstoff ungewohnlich gering ist2. Die Grenze fUr die Harte dieser "plastischen" Lagerwerkstoffe muB in dies em Zummmenhang recht hoch angenommen werden. Als Anhaltswert kann eine Brinellharte von 100 kg/mm2 genonllnen werden.

Wir finden demgemaB fur aIle wesentlichen Lagerbronzen mit geringerer Harte als 100 kg/mm2 einen ausgesprochen heterogenen Aufbau, z. 13. durch Eutektoidbildung oder - bei den Sondermessingen -durch Auftreten der fl-Phase neben der O(-Phase, eventuell erganzt durch Blei, Silizide, eisenhaltige Bestandteile oder bei Zinnzusatz durch das 0( + y-Eutektoid und insbesondere bei Knetbronzen durch Gleitlinien.

Bei hoheren Harten der Lagerwerkstoffe, etwa im Bereich von 100 bis 180 kg/mm2, wird der Hartesprung zwischen den'beiden Werkstoffen von Lager und Welle schon geringer. Damit tritt die Bedeutung des GefUgeaufbaus in den Hintergrund, da Einlaufvorgange kaum noch stattfinden konnen. In dies em Bereich konnen sowohl homogene wie auch heterogene Bronzen als bewahrte Gleitmetalle genannt werden. Offenbar ist jedoch Heterogenitat in dies em Bereich noch grundsatzlich vorteilhaft.

Bei Lagerwerkstoffen mit hoherer Harte als etwa 180 kg/mm2 bis zu den hartesten, z. B. nitrierten Laufflachen tritt die Bedeutung des GefUgeaufbaues offen bar vollends in den Hintergrund. Der Hartesprung nahert sich dem Wert 1, und man kann unter der Voraussetzung optimaIer Oberflachen und SchmierverhaltnisEe zu einem praktisch verschlei.Blosen Betrieb solcher Lagerstellen gelangen, wie er in Sonderfallen auch verwirklicht wird.

In den vorliegenden Betrachtungen wurde die Harte als Kriterium herangezogen, wei I sie einen einfachen und charakteristischen Kennwert fUr die abgeleiteten Beziehungen hergibt. Grundsatzlich reicht die Harte allein zur Beurteilung bei we item nicht aus. Bei dem Versuch einer voll-

1 Zusammenfassende Darstellungen: Underwood, A. F.: Symposium on lubricants. S. 41-52. Amer. Soc. Test. Mat. Philadelphia 1937. - Mann, H., H. Heyer: Luftf. Forschg. Bd.13 (1935) S.168-175. - Dayton, R. W.: Sleeve Bearing Materials. S.4-22. Cleveland 1949.

2 Ungenannt: Met. Ind. (London) Bd.53 (1938) S.10.


standigen Behandlung alIef Einfliisse auf Gleitverhalten und Belastbarkeit treten jedoch so viele verschiedenartige Faktoren auf, daB eine einwandfreie Klarung heute noch nicht moglich ist. Dazu gehort der EinfluB der Kombination Welle - Schmierfilm - Lager und die spezifische, als Werkstoffeigenschaft aufzufassende Neigung der Lagerwerkstoffe, einander "anzureiben" oder zu "fressen", die mit der Natur ihrer VOfwiegend oxydischen Deckschichten, WarmeleiWihigkeit, Warmfestigkeit und Benetzbarkeit in Zusammenhang steht.

So zeichnen sich beispielsweise die Zinnbronzen im Vergleich zu Aluminiumbronzen durch eine geringere Neigung zum Anreiben aus, etwa in Verwendung als Schneckenrader zusammen mit stahlemen, im Einsatz geharteten Schnecken. Zinnbronzen sind auch den Messingen eindeutig iiberlegen. Die Erfahrungen an Zinn-Kupfer- und ZinkKupfer-Legierungen stimmen iibrigens mit denen an Lagerlegierungen (WeiBmetallen) auf der Basis Zinn bzw. Zink grundsatzlich iiberein. Diese Beispiele lassen bereits das Gleitverhalten als ausgesprochen wer kstoffa bhangig er kennen.

Festigkeit und Harte der Lagerwerkstoffe sind mit entscheidend fiir ihre Belastbarkeit. Grundsatzlich diirfte die Grenze der Belastbarkeit mit der FlieBgrenze des belasteten Werkstoffes in erster Naherung iibereinzustimmenl, wenn auch dieser Belastungswert bei den im Vorstehenden behandelten Kupferlegierungen - anders als bei den im VerbundguB benutzten WeiBmetallen und den weichen Bleibronzen - infolge der Moglichkeit ortlicher Schmierfilmstorungen kaum jemals voll ausgenutzt werden kann. DemgemaB geben bei statischer Belastung der Druckversuch mit Feinmessung und bei dynamiscber Belas tung der Dauerschlagversuch AufschluB iiber die theoreti[chen Grenzen der Belastbarkeit, die praktischen Grenzen werden jedcch jeweils durch die Vielzahl der vorliegenden technischen Bedingungen niedriger gesetzt. Auch die Hartebestimmung gibt schon einen ersten Hinweis auf die Belastbarkeit. AIle solche Bestimmungen physikalischer Werte miissen iibrigens fiir die Gewinnung einwandfreier Unterlagen bei Betriebstemperatur durchgefiihrt werden.

Die Bedeutung der Oberflachengiite und die Herstellung einwandfreier Oberflachen wird in einem geplanten Werk des Verfassers dieses Abschnittes auf breiterer Grundlage behandelt. Die dort niedergelegten Grundsatze gelten ffir die Bronzen mit ihrer hohen Harte und FlieBgrenze in besonders ausgepragtem MaBe. Die Oberflache des Gegenwerkstoffes, z. B. der Stahl welle, solI bei Bronze als Gleitmetall so hart wie moglich, d. h. im Einsatz bzw. durch Flammen oder induktiv gehartet oder nitriert sein. Hohe Oberflachengiite, erzielt durch Schleifen

1 Armbruster, M.: Werkstofftechn. Koll. T. H. Darmstadt 1934. Schr. Hess. Hochsch.1934, Heft 3, S.90-101.


und, wenn moglich, nachfolgendes Lappen ist bei der Welle unbedingt anzustreben. Bronzebiichsen sollen in der Lauffliiche mittels Diamantoder Widiaschneide unter Benutzung einer Feindrehbank oder mit Sonder-Raumahlen auf FertigmaB gebracht werden. Wenn die Eigenart oder die Abmessungen der Lagerung eine derartige Feinbearbeitung nicht ermoglichen, ist der Austausch von Bronzen durch WeiBmetaIlVerbundguBlager anzustreben, da solche Lager auch durch Schaben einwandfrei zum Tragen gebracht werden konnen.

2. Bleibronzen.

a) Entwicklung. Die Erkenntnis, daB "plastische" Metalle und Legierungen das Betriebsverhalten eines Gleitlagers durch Erhohung der Einlauf- und Notlaufeigenschaften giinstig beeinflussen, hatte im Anfang des neunzehnten Jahrhunderts zur Verwendung von WeiBmetaIlen auf Zinn- und Bleibasis und durch das schon erwahnte USA-Patent Nr. 1252 des Isaac Babbitt yom Juli 1839 zu der fortschrittlichen Gestaltungsform des WeiBmetall-Verbundlagers gefiihrt.

Das Verbundlager wurde aber schon bald nach seiner Einfiihrung als sehr aufwendig empfunden, und der Wunsch nach einem Massivlager, das als Lagermetall geniigende "Plastizita t" und zugleich als Stiitzschale ausreichende Festigkeit besitzt, fiihrte zu dem Gedanken, den harten Bronzen diese Eigenschaften durch Zulegieren von Blei zu verleihen und damit die Spanne, die zwischen WeiBmetall und Bronze in bezug auf ihre Festigkeitswerte besteht, zu iiberbriicken 1.

Die Aufgabe, einer Zinnbronze oder einem RotguB die wiinschenswerten Mengen von mehr als 5% Blei zuzulegieren, envies sich wegen der UnlOslichkeit der Komponenten Blei und Kupfer im festen Zustand als schwierig. Durch das Fehlen von Erkenntnissen zur eberwindung der schmelzund gieBtechnischen Schwierigkeiten wurde die Entwicklung aufgehalten. Erst urn das Jahr 1870 wurden Rlei-Zinnbronzen mit befriedigendem Ergebnis hergestellt und in einigem Umfang verwendet. Alexander Dick entwickelte in dieser Zeit die bis auf den heutigen Tag bewahrte Legierung mit 80% Kupfer, 10% Zinn und 10% Blei. Sie wurde in England und in anderen Landern zur Standardlegierung vieler Eisenbahngesellschaften. 1m Jahre 1892 veroffentlichte C. B. Dudley, Chefchemiker der pennsylvanischen Eisenbahngesellschaft, eine systematische Versuchsreihe, die im Fahrbetrieb an einer Reihe von GuBbronzen mit verschieden hohen Blei- und Zinngehalten gewonnen worden war. Dudley wies nach, daB Abnutzung und HeiBlaufer mit steigendem Bleigehalt zuriickgehen, und empfahl eine Legierung mit 77% Kupfer,

1 Zur geschichtlichen Entwicklung vgl. W. M. Corse: Bearing Metals and Bearings. New York 1930 S.15-23.

Bleibronzen. 279

80/ ° Zinn und 15% Blei, die in der Folgezeit die Legierung 80/10/10 von Dick bei den Eisenbahnen vielfach verdrangte. Noch hOhere BleigehaIte vermochte Dudley nicht mehr in ausreichend feiner und gleichmaBiger Verteilung zu haIten.

1m Jahre 1900 erhielten Glamer und Hendrickson in den Vereinigten Staaten Schutzrechte auf Blei-Zinnbronzen mit Bleigehalten tiber 20°/ ° und mit Zinngehalten unter 7% sowie auf den Zusatz von Nickel zur gtinstigen Beeinflussung der Bleiverteilung im Zuge der Erstarrung. Diese Patenterteilungen losten eine schade, tiber viele Jahre andauernde Kontroverse insbesondere mit A. Allan jr. aus, der u. a. behauptete, daB A. Allan sen. schon im Jahre 1879 ein Geheimverfahren besessen habe, nach dem seit 1891 bedeutende Mengen von zinnund nickelfreien hochbleihaltigen ;Blei-Kupfer.Legierungen hergestellt und vertrieben worden waren. Hierbei muB es sich, wie aus den Unterlagen gefolgert werden kann, urn Bleihronzen (copper-lead) mit Schwefelzusatz gehandeIt haben, die ungewohnlich hohe Bleigehalte urn 50% besaBen. Dieser Patentstreit hat ohne Zweifel das Studium und die Erprobung der Bleiund Blei-Zinnbronzen sehr gefordert. Es blieb die Erkenntnis, daB bleireiche Bronzen ohne Hiirtung durch Zinn fUr die Verwendung als Massivlager zu weich sind. :Uan fand auch, daB der Zinnzusatz zu bleireichen Bronzen mit 20 bis 30% Blei die Grenze von 7% nicht tiberschreiten solI oder, wie Glamer es ausdrtickt, daB das Verhaltnis Kupfer zu Zinn nicht geringer als 91 zu 9 sein solI.

Wahrend die geschilderte Entwicklung in den angel sachs is chen Vindern, vor allem in den Vereinigten Staaten, auch nach der Jahrhundertwende besonders von den Eisenbahngesellschaften intensiv gefordert wurde, haben bei uns bis heute die Blei-Zinnbronzen nicht das AusmaB an Forderung und Anwendung finden konnen, das ihnen ohne Zweifel gebtihrt. Zwar hatte schon im Jahre 1875 KiinzeP in seiner Arbeit tiber 13ronzelegierungen Blei-Zinnbronzen mit Bleigehalten zwischen 6 und 18% als Lagerlegierungen empfohlen. Sie ,vurden trotzdem wenig verwendet, zumal die Eisenbahnverwaltungen der deutschen Lander damals dem WeiBmetall einerseits und der ZinnguBbronze und dem RotguB andererseits den Vorzug gaben. Nur in gewissen industriellen Verwendungsbereichen, insbesondere fUr Walzmaschinenlager, wurden Blei-Zinnbronzen auch bei uns in einigem AusmaB und mit gutem Erfolg eingesetzt.

Seit 1923 gelangten die Bleibronzen zu einer besonderen Bedeutung durch die Notwendigkeit, ftir das WeiBmetall-Verbundlager als seitherige Normalausrustung der Kurbeltriebwerke hochbelasteter Ottomotoren fur Flugzeuge und Dieselmotoren fur Fahrzeuge ein Gleitlager

1 Kunzel, F.: Uber Bronzelegierungen, Verlag Meinhold, Dresden 1875.


hoherer dynamischer Belastbarkeit bei ausreichenden Einlauf- und Xotla ufeigenschaften zu schaffen.

Angeregt durch Entwicklungen im rSA-Flugmotorenbau 1 suchten wir die Losung durch VerbundguB binarer oder fast biniirer Bleibronzen mit Bleigehalten yon 20 bis 300/ 0 an Stutzschalen aus weichem FluBHtahl. Die Stahl-Bleibronze-Verbundlager, die aus dieser Entwicklung heryorgingen, haben sich als eine uberragende Losung des Lagerproblems in hochbelasteten Kurbeltriebwerken und an vielen anderen, insbesondere dynamisch stark beanspruchten Lagerstellen erwiesen 2. Sie stellen heute das Hauptkontingent der Triebwerkslager hochbelasteter Fahrzeugmotoren, insbesondere der Fahrzeug-Dieselmotoren, dar.

Die Entwicklung der Stahl-Bleibronze-Verbundlager hat im Yerlauf der letzten fUnfundzwanzig Jahre sicherlich mehr geistigen und materiellen Aufwand beansprucht als irgendein anderer Schmelz- und GieBprozeB3. Auch heute noch gehoren die VerbundgieByerfahren fUr Bleibronze mit Stahl zu den schwierigsten gieBtechnischen Aufgaben, und ihre Ausubung stellt einen steten Kampf gegen eine Vielzahl von AusschuBquellen dar. Die Ursachen liegen nicht so sehr in der Unzulanglichkeit der Verfahren, als vielmehr in der Struktur der Bleibronze an sich, die - wie die englische Bezeichnung "copper-lead" zum Ausdruck bringt - im festen Zustand ein Gemenge von Kupfer und Blei darste1lt, das aus der homogenen Schmelze im Zuge eines groBen Erstarrungsintervalles entsteht. Dabei sind die KorngroBen, also das AusmaB des primar erstarrenden Kupfernetzes und die GroBe und Verteilung der in dieses Netz eingelagerten Bleipartikelchen, in hohem MaBe von den Abkuhlbedingungen sowie von Gasreaktionen und zusatzlich von mehreren anderen Faktoren abhangig. Auch wenn das VerbundgieBverfahren4 und - was ebenso wesentIich ist - die Gestaltung des Werkstiicks5 gute Voraussetzungen fUr gunstige und reproduzierbare Herstellungsbedingungen bieten, bleiben immer noch genugend Unsicherheitsfaktoren ubrig.

Es ist deshalb verstandlich, daB groBe Bemuhungen darauf gerichtet sind, Stahl-Bleibronze-Verbundlager mit anderen als gieBtechnischen Mitteln herzustellen oder sie sogar vollstandig zu ersetzen. Wenn auch das Dreistofflager mit Silberplattierung, das seit dem Jahre 1940 im amerikanischen Flugmotorenbau zunehmend und heute stark bevorzugt wird, einen erfolgreichen Schritt in dieser Richtung darstellt, so durfte es doch nicht geeignet sein, im Maschinen- und insbesondere im

1 Heron, S. D.: Diskussionsbeitrag in "Sleeve Bearing Materials" Cleveland 1949, S. 58. - 2 Deutsches Kupfer-Institut e. V.: Bleibronzen als Lagerwerkstoffe_ Berlin 1943. - 3 Holligan, P.T.: Metal Industry, Lond., Bd.70 (1947) S.402. -4 Deutsches Kupfer-Institut: Bleibronzen als Lagerwerkstoffe. Berlin 1943. S.31-51. - 5 Ruhenbeck, A.: Werkst. u. Betr. Bd.83 (1950) S.491.

Bleibronzen. 281

Fahrzeugmotorenbau umfassend als Wettbewerber aufzutreten. Wir werden deshalb mit dem Stahl-Bleibronze-Verbundlager als hochbelastbarem Lager fUr Kolbentriebwerke auch weiterhin zu rechnen haben. Das Streben nach Verfeinerung der heute ublichen VerbundgieBmethoden ebenso wie eine starkere EinfluBnahme auf den Konstrukteur im Sinne einer gieBgerechten Gestaltung durfte deshalb nach wie vor technisch und wirtschaftlich gerechtfertigt sein. Ebenso fortschrittlich erscheinen aber auch Bellluhungen urn Forderung der Blei-Zinnbronzen in ihrer Verwendung als Massivlager, da sie in vielen Fallen gegenuber Zinn-GuBbronzen und RotguB bessere Laufeigenschaften bei geringerer Abnutzung aufweisen und gegenuber Verbundlagern mit Stahlschutzschale geringeren Aufwand und gunstigere Rohstoffwirtschaft erlllog lichen.

b) Gebriiuchliche Legierungen, Eigenschaften, Normen. Bleibronzen fur Lagerzwecke haben Bleigehalte im Bereich von 18 bis 32% •

Hohere Bleigehalte bis herauf zu 45%, die in einem Fall (S. A. E. 480) sogar in die Norm eingegangen sind, werden heute wegen unertraglich anwachsender GieBschwierigkeiten wohl kaum noch verwendet. BleiZinnbronzen umfassen den wei ten Legierungsbereich mit Bleigehalten zwischen 5 und 28% bei Zinnzusatzen bis herauf zu 10% •

Bleibronzen mit geringen Zuschlagen an dritten Elementen wie Nickel, Zinn, Silber bis zur Hochstmenge von insgesalllt 30 / 0 werden fast ausschlieBlich im VerbundguB mit weichem FluBstahl verwendet In Deutschland werden Legierungen mit 20 bis 250 / 0 Blei bei moglichst geringen Zusatzen dritter Metalle (insgesamt unter 20 / 0) bevorzugt. Englische und USA-Vorschriften sehen vielfach hohere Bleigehalte vor, die obere Grenze des Bleigehaltes der meisten heute erzeugten Bleibronze-Verbundlager durfte jedoch unter 30% liegen. Hohere Bleigehalte bereiten in bezug auf eine gute GefUgeausbildung so stark anwachsende Schwierigkeiten, daB man sie fast allgemein wieder verlassen hat oder, soweit aus besonderen Grunden erwunscht, durch Sintern von Bleibronzepulver zu beherrschen trachtet.

Unter den dritten Elementen, die vielfach zur Forderung einer guten Gefugeausbildung ohne die Absicht einer Hartesteigerung zugesetzt werden, sind vornehmlich Zinn und Nickel in europaischen und Silber und Schwefel in amerikanischen Bleibronze-Verbundlagern zu finden.

Bei extrem hohen Lagerbelastungen, beispielsweise in Flugmotoren, wird eine Erhohung der Dauerfestigkeit der Bleibronze erstrebt und vorzugsweise durch Zusatz von Silber in Rohe von 0,5 bis 1,5°/ () oder von Zinn in Rohe von 2 bis 4% erreicht. Bei Zinnzusatz muB eine erhebliche, grundsiitzlich meist nicht erwunschte Hartung der Bronze in Kauf genommen werden.


Hohere Zinnzusatze verursachen eine so bedeutende Steigerung der Festigkeit und Harte, daB unter gewissen konstruktiven Voraussetzungen, insbesondere bei nicht zu geringer Wandstarke, Legierungen mit Bleigehalten bis herauf zu 25°/ ° auch ftir massive Bronzelagerkorper ohne Sttitzschale hoherer Festigkeit verwendet werden konnen. Unter diesen Blei-Zinnbronzen, die im Maschinenbau und Eisenbahnwesen insbesondere der angelsachsischen Lander viel verwendet werden, heben sich folgende Gruppen als bevorzugt verwendet heraus.

Die Legierung von A. Dick mit 80% Kupfer, 10% Hlei, 100f0 Zinn (Abb. 189) ist bis heute eine im Maschinen- und Lokomotivbau weit

Abb. 189. Hlei-Ziullbronze mit 80 % Cu, 10% Pb, 10 0/0 Sn, in Kokillc gegossen.

a·Mischkristalle. a + 6·~~utektoid, Bleieinschliissc. 75 x.

Abb.1\)O. Hlei·Zinnbronze mit 78% Cu, 16% Pb, 6% Su, in KokilJe gegossen.

a·Mischkristalle, a + 6·Eutektoiri, stiirkcrc Bleicinschllisse. 75 X.

verbreitete Legierung geblieben und in mehreren Norll1bliittern einschlieBlich Eisenbahn- und Kraftfahrnormen vieleI' L iinder enthalten. Ein neuer Nornivorschlag fiir DIN 1716 sieht die Legierung 80/10/10 eben falls vor.

Auch die Legierung von C. B. Dudley mit 77% Kupfer, 15% Blei und 8% Zinn hat sich bis heute als hervorragende Lagerlegierung ftir FormguB in Sand und Kokille bewahrt und nimmt seit del' Einftihrung des Fahrzeugdieselmotors einen besonderen Platz bei del' Uberbriickung der Schwierigkeiten mit WeiBmetall-Lagern ein . Vor del' allgemeinen Einftihrung der Hleibronze-Verbundlager mit Stahlsttitzschale wurden Dieselmotorenlager als Massivlagerschalen aus Rlei-Zinnbronzen mit anniihernd del' Zusammensetzung 77/15/8, oft auch unter Zusatz von 2 bis 4% Nickel, verwendet. Sie brachten in vielen Fallen zufriedenstellende Betriebsergebnisse. Diese Blei-Zinnbronze-Massivlagerschalen wurden hiiufig mit einer WeiBmetall-Laufschicht von einigen Zehnteln Millimeter Starke versehen. Diesel' Typ von Zinn-Bleibronze-Massiv-

Bleibronzen. 283

lagerschalen wird seit einigen Jahren von einem amerikanischen Hersteller in verbesserter Form neu prasentiertl, und zwar erhalten BleiZinnbronzen vorzugsweise mit der Zusammensetzung 78/16/6 durch SchleuderguB in Kokille ein besonders feines und dichtes Gefiige (Abb. 190) und entsprechend hohe Festigkeitswerte. Die Laufflache der aus den SchleuderguB-Biichsen gefertigten Lagerschalen wird maschinell mit einem netzartigen Muster von Griibchen versehen, die zur Begiinstigung der Laufeigenschaften mit einem WeiBmetall ausgefiilIt werden (gridded bearings). Die Lagerbohrung wird dariiber hinaus mit einer Einlaufschicht aus Blei-Zinn in Starke von etwa 0,02 mm iiber-

Auu. I n!. Blci·Zinnuronze mit 73% Cu, 22% Ph, 5% Sn, in Kokille gegcssen.

a·Mischkrista lle, R este von a + 6·Eutektoid, zahlreiche s tarke Bleieinschltisse. 7 5 x .

Auu. 192. Blei-Zinnbronze mit 83% Cu, 7% Pb, 7% Sn, 3% Zn, a-Mischkristalle , a + 6-

Eutektoid, kleine Bleieinschltisse. 75 x.

zogen. Diesel' Typ von Blei-Zinnbronze-Massivlagerschalen mit WeiBmetall-Laufschicht soIl zum Austausch der wesentlich aufwendigeren Stahl-Bleibronze-Verbundlager in vielen Motortypen, insbesondere in Dieselmotoren fiir Schwerlast- und Eisenbahnbetrieb, geeignet sein.

Die dritte bevorzugte Gruppe del' Blei-Zinnbronzen hat einen ebenso hohen Bleigehalt wie die fiir VerbundguB verwendeten Legierungen, namlich etwa 22%' bei einem Zinnzusatz von vorzugsweise 5 bis 6% (Abb.191). Der Verwendungsbereich umfaBt sowohl Massivlagerschalen und -biichsen wie auch bestimmte Gruppen von Verbundlagern. 1m VerbundguB hat die Legierung 72/22/6 Bedeutung fiir auBergewohnlich hochbelastete Treibstangenlager auf Kurbelzapfen hochster Oberflachenharte, auBerdem fUr Lauf- und Fiihrungsbiichsen mittlerer und groBer Abmessungen fiir Kolbenmotoren und sonstige Kraft- und Ar bei tsmaschi nen.

1 Esarey, B. I.: Sleeve Bearing Materials. S. 174/88. Cleveland 1949.


AuBer den vorstehend genannten Gruppen von Blei-Zinnbronzen ist eine Gruppe mit niedrigerem Bleigehalt hervorzuheben, die eine Mittelstellung zwischen BotguB und Blei-Zinnbronzen einnimmt und als Standardlegierung fur gegossene J .. agerbuchsen im allgemeinen Maschinen- und Elektromotorenbau Bevorzugung verdient, niirnlich die Legierung mit 83% Kupfer, 7% Zinn, 7% Blei, 3% Zink (Abb. ] 92).

Diese zinkhaltige Blei-Zinnbronze stellt in ihren Festigkeits- und Laufeigenschaften flir Massivlagerbuchsen ein so gutes KornpromiB dar, daB auch bei uns in Erganzung zum Rg 5 ihre allgemeine EinfUhrung im Maschinenwesen und ihre Zulassung zu unseren Normen empfohlen werden kann.

Wie die Zahlentafel8 mit der Gegenuberstellung deutscher, britischer und amerikanischer Normen von Blei-Zinnbronzen und die Zahlentafel 9 mit der Aufstellung der von einer namhaften amerikanischen GieBerei, die speziell Buchsen und Stangen aus Bronzen flir J .. agerzwecke herstellt, geflihrten Legierungen erkennen liiBt, werden die vier vorstehend als typisch herausgestellten Blei-Zinnbronzen durch eine groBe Zahl von Legierungen mit mehr oder weniger groBen Abweichungen in der Zusammensetzung umgeben. Die Hersteller sprechen diesen Spielarten in Rucksicht auf altbewahrte Hausnormen oft eine Sondergute zu, die einer strengen NachprUfung kaum jemals standhalten durfte.

Bei den hier behandelten Legierungen ist zu bedenken, daB die Toleranzen flir die Komponenten, besonders flir Blei und Zink, vernunftigerweise schon so weit gehalten werden mussen, daB l~ber-

Zahlentafel 8. Blei·Zinnbronzen. Vergleichende Zusammenstellu'fi

Bezeichnung

l'h-Sn·Bz 5 Ph·Sn·Bz 13 Ph-Sn-Bz 20 Ph·So·lIz 15 Pb·So-liz 25

85/10/0/5 Leaded Bronze 80/10/0/10 Leaded Bronze 76/ 9/0/15 Leaded Bronze

High Leaded Tin Bronzes

Leaded Bronzes

Norm

DIN 1716 DIN 1716 DlN17lG DIN 1716 DIN 1716

B, C, 1400-LB 3-C B, S. 1400-LB 2-C B. S. 1400-LB 1-C

B 144-49 :1 B 11144-49 3 C B 144-49 3 D B144-493E

B 66-49 1166- 49 B67-41l B66-49 B 66-49

Mengenangaben ohnc Toleranz sind H6chstwert~.

Ph

4-6 12-14 18-22 10-20 20-35

4-6 9-11

14-16

9-12 10-16 15-22 16-22 23-27

Sn

9-11 7-9 5-10 0-10 0-8

9-11 9-11 B-lO

6,25-7,5 4,5-6 6,25-7,5 4,25-5,5

7-9 6-9 4,5-6,5 6-S 4-(;

Zusatnmensetzung %

I Zn I Ni P I Sonst. I Cl

0-3

0,5 0,5 1,0

0-·4 0-4

1,0 1,5 2,U

2-4 0,5 0,5-2 0,5 0,75 0,75 0,5 1.0

0,75 1,25 3.0

I 1,25 1,25

1,0 0,5

=1

== I == I ~ Mn, Si, Sb, Mg, AI, ]' 11 und andere naeh Err. 11 d. Herst.

0,3 0,3 0,3

0,03 0,03 0,08 0,05

0,2 -. 0,5 0,05

0,5 0,5 0,5

vgl. die Original· NornH.'n

vgl. die OriginalNormcll

li ]j

Ii 11

]

Ii ]1

]j

Ii

Bleibronzen. 285

schneidungen mit benachbarten Legierungen bei zu enger Abgrenzung zur Regel werden wiirden.

Den wesentlichsten die Giite beeinflussenden Faktor stellen aber in diesem Zusammenhang die Schmelz-, Gie13- und Erstarrungsbedingungen dar. Sie sind bei allen hier in Rede stehenden Bronzen von viel gro13eren Einflu13 auf Gefiigeausbildung und Festigkeitswerte des gegossenen Werkstoffes als ma13ige Schwankungen in der Zusammensetzung. Hier gelten ahnliche Betrachtungen, wie sie beim Vergleich von Sandgu13 und Kokillengu13 bei den Zinngu13bronzen (Seite 240) angestellt wurden.

Die vorstehende Dbersicht la13t erkennen, da13 die heute vorhandenen Grundlagen fiir die Herausstellung und Normung bestimmter Legierungen bzw. Legierungsgruppen ausreichen. Manche aus vielerlei Griinden bis heute verwendeten und zum Teil auch genormten Legierungen konnten zugunsten weniger Einheitstypen aufgegeben werden. Dabei wird nicht verkannt, da13 Sonderaufgaben und ungewohnliche Beanspruchungsarten gelegentlich Sonderlegierungen erforderlich machen. Das gilt jedoch nicht so sehr fiir den Bereich der Lagerwerkstoffe, deren Beanspruchungsweise geniigend einheitlich ist, als vielmehr fiir den Bereich chemisch und thermisch beanspruchter Legierungen, die au13erhalb unserer Betrachtungen liegen. Die hier vertretene Auffassung beziiglich der Legierungsauswahl und -normung diirfte fUr den vielfaltigen englischen und amerikanischen Normenbestand in ahnlichem

~utscher, britischer und USA-Normen.

Verwendungsbereiche Gleichartige N ormen

1 Lager mit und ohne Stiitzschalen fiir hohere Driicke. insbesondere fiir Lager mit Schlagbeanspruchung. Gullstiicke f. d. chemische Industrie u. d. Geriitebau. Lager mit u. ohne Stiitzschalen fiir hohen Fliichendruck. Gullstiicke f. d. chemi.che Industrie u. d. Geriitebau. Vollager, z. B. Buchsen f. Kolbenbolzen im Dieselmaschinenbau, f. Miillereimaschinen, Wasserpumpen u. ii. Vollager fiir hohe Beanspruchung } Lager mit u. ohne Stiitzschalen, z. B. fiir Lager Gullstiicke f. d. chemische Industrie u. d. Geratebau. von Frasmaschinen, Revolverbanken u. a. m.

SAE 64. B66-49. B22-49.

SAE 660 SAE 66

Federal QQ-B-691

Eisenbahnlager Federal QQ-B-691


Zahlentafel 9. GufJbronzen fur Lagerzwecke. Zusammensetzung und

Lf<l. USA-Xorm Zusammensetzung in 0/0

Nr. (z. T. mit

I I I }'e I Sb I ii

Abweichungen) Sn Pb Zn Xi P " eu 0 w

I 11lH-49. 3E 4,5-5,5 I 23,5 - 26,5 0,2 o,es 0,2 0,2 0,35 69-71 % - 4-5 18-23 1,0 0,25 0,05 0,2 0,2 73-7. 3 11lH-4\). 3 C.-SAE 66 4,5-5,5 8-10 1,5 0.25 0,1 0,2 0 9 84--86 4 11144-49. 3D 7-9 13-17 1,0 0,25 0,05 0,2 0" ," 75-79 5 B 66-40 8,5-9,5 17,5 - 22,5 0,25 0.05 o ') ,- 0,2 0,25 69-73 S B 144-49. 3 B.-flAE 660 6,5-7,5 6-8 2-4 0.35 0,15 0,2 0,2 0,20 81--85 7 B66-49.- 'lAE 64 9-11 9-11 0,75 0,25 0,1 0,2 0,2 78,5 - 81,5 8 11143-49. 2 H.-SAE 621 7,5 - 8,5 0,8-1,5 2,3·-4,3 0,05- 0,1 0') 0,2 0,25 85-S9 9 SAE 63 9-11 2-3 1,0 0,25 0,1 0,2 0,2 86--89

10 B 143-49. I A.-SAE 62 9-11 0,35 1-3 0,25 010 0,06 0,2 86 -- 89 11 SAE 65 10-12 0,5 0,5 0,1-1,3 88-90 12 SAE 640 10-12 1-1,5 0,8-1,3 0,2-0,:) 0,3 0,2 0,25 85,:3-87,8 13 Federal Q Q-B 691-9 13,5--14,5 1,5 0,25 0,1 0,2 0.2 0,25 84--86

Die laufendcn Nummern 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12 werden von BunNng fur die Verwendung als LagcrIlletall bevorzu~t, unter Hi)ch::;twerte.

AusmaB gel ten wie fiir die zur Zeit giiltigen deutschen }\Iormen, insbesondere fiir die Blatter DIK 1705 und 17] 6.

c) Erstarrungsbild und Aufbau. Das Zweistottsystem Kupter-BZei. Das Zustandsschaubild Kupfer-Blei wurde in seinen Grundziigen im Jahre 1892 von Haycock und Neville l aufgestellt und verschiedentlich 2

iiberarbeitet. Wir folgen in Abb. 193 del' Gestaltung, die Hansen3 flir die wahrscheinlichste halt. Als charakteristisch fallt zunachst auf: Die Schmelze ist auf del' Kupferseite nur bis zu Bleigehalten von 36 bis 40°/ ° homogen. Kupfer und Blei sind unterha]b des Schmelzpunktes von Blei, also im festen Zustand, ein Gemenge, d. h. die beiden Komponenten liegen im erstarrten Zustand praktisch rein ohne jede gegenseitige Losbarkeit nebeneinander VOl', auch existieren keinerlei intermetallische Verbindungen. Wir konnen also in allen Mischungsverhaltnissen im Gefiige ein Xebeneinander von Kupfer und Blei in dendritischem odeI' globularem Aufbau erwarten. Die Praxis bestatigt diese Annahme auch fiir den Fall beschleunigter Abkiihlung, del' keinerlei metastabile Zwischenzustiinde ermoglicht, sondeI'll nul' Kornform und KorngroBe beeinfluBt. Damit ist fiir aIle Falle del' heterogene Aufbau, bestehend aus dem primal' erstarrenden Kupferskelett und dem sekundar erstarrenden eingelagerten Blei, die normale Erscheinungsform, soweit nicht bei Bleigehalten iiber 36%

ein Teil des Bleis Gelegenheit zum Absetzen durch Schwereseigerung erhalt.

1 Haycock, C. T.: F. H. Neville: J. Chern. Soc. Bd.61 (1892) S.888. 2 Briesemeister, S.: Z. Metallkde. Bd.23 (1931) S.2230. Claus, TV.: Z.

Mctallkde. Bd. 23 (1931) S.264/266. - .Metallwirtsch. Bd. 13 (1934) S.226/227. 3 Hansen, ~W.: Der Aufbau der Zweistofflegierungen, S. 598-602. Berlin 1936.

Bleibronzen. 287

Festigkeitswerte (Kennwerte). (Nach Firmendaten Bunting, Toledo, Ohio.)

Festigkeitswerte

Zugfestigkeit I s treckgrenze Dehnung

I Harte Harte

I Quetschgrenze Kerbschlagprob

aB a O,2 155 HB Rockwell E 0,2 Charpy

kgJmmz kg/mm' '/, 10/500 1/8" -100 kg kg/mm' nach E 23 - 47 T

14,0

I 7,0 8 38 27 9,1 2,9

15,4 7,7 12 40 32 9,8 2,7 19,6 9,8 15 50 52 11,9 5,4 19,6 9,8 15 52 55 12,6 2,4 21,0 10,5 15 55 59 14,0 2,7 23,8 11,2 18 58 63 14,0 3,8 24,5 11,9 18 60 65 14,7 2,6 24,5 11,9 15 60 65 11,9 5,6 28,0 12,6 20 65 70 15,4 5,8 28,0 12,6

I 20 65 70 15,4 3,7

28,0 12,6 20 67 72 15,4 1,7 28,0 12,6 20 70 75 16,1 2,7 28,0 12,6 10 76 80 16,8 0,8

ihnen in ergter Linie Xr,6 entspr. B 144-49.3 B = SAJ<; 660. Angaben iiber Zusammensetzung ohne Bereich sind

Mit zunehmendem AnteiI an Restschmelze in dem erstarrenden System, insbesondere bei BIeigehaIten urn 30 bis 36% , wird das Kupferskelett durftiger und die Voraussetzungen zum Wandern und Koagulieren der groBeren Restschmelze groBeI'. In diesem Bereich erweisen sich in del' Praxis, wenn nicht jede Gasreaktion in und auf der Schmelze peinlich vermieden werden kann, Seigerungserscheinungen als so schiidigend fUr das Geftige, daB man auf Legierungen dieses Gebietes heute fast vollstandig verzichtet.

Vollends problematisch werden die Herstellungsbedingungen beim Eintritt in das oberhalb 36% Blei liegende Gebiet der Mischungslucke. Sie erstreckt sich im Bereich von 36 bis 92,5% Blei, und zwar oberhalb del' monotektischen Geraden bis herauf zu noch nicht bestimmten Temperaturgrenzen oberhalb 1300°. Es erscheint im ubrigen fraglich, ob diese Lucke nach oben geschlossen ist.

Nach dem Schaubild wird eine Legierung mit beispielsweise 60%

Kupfer und 40% Blei erst bei Erhitzung oberhalb 1325° zur homogenen Schmelze. Wenn diese Schmelze bei del' Abkuhlung aus dem homogenen Bereich in den "Zwei-Schmelzen-Bereich" gelangt, so entmischt sie sich zu einem flussigen Gemenge zweier Phasen, also einer Art Emulsion. Ihre Teilchen sind von so geringer GroBenordnung, daB sie, dem Stokesschen Gesetz folgend, zunachst in del' Schwebe bleibend keine Entmischungsneigung zeigen. Mit sinkender Temperatur aber schlieBen sich durch Einformung oder Keimeffekte die Teilchen der bleireichen Phase zunehmend zusammen. Bei einer gewissen Temperatur etwas oberhalb der monotektischen Geraden werden TeilchengroBen erreicht, die ein stark zunehmendes Absetzen und damit Schichtenbildung bewirken. Diese "kritische" Ternperatur wurde fUr den ganzen "Zwei-Schmelzen-


Bereich" bei 999 0 gefunden 1. Legierungen mit Bleigehalten tiber 40 bis 80% Blei werden in den Grenzen des ZustandsschaubildesAbb.193 auch bei starker tberhitzung nicht mehr homogen. Es ist also auch nicht

11100

°C

7300

1200

Selin,

10 T

eire

~ ~

1100

1000

gOO

500

500

'100

.100

20~

elL

Schme/re + ell. ~ t---..

10 20 .10

20 I

II

I

3G

'Sehmelze + ell.

320"

Cll.jPb

Alom-%Pb 30 110 T I

2Schmelzen

95'1'

'10 50 50 70 flew.- % Ph

Abb. 193. Zustandsschaubild Kupfer-BleL

50 0'0 70 80 DO I

80

I I I

\ I I

\

Sehm.

9;,5

90

\

'\ \

.1,97

100 Pb

moglich, eine gleichmaBig feine Verteilung der beiden Phasen durch Abktihlen yom homogenen Zustandsfeld her darzustellen. Es ist jedoch erfahrungsgemaB moglich, eine (gasfreie!) Schmelze dieses Bereichs

1 Briesemeister, S.: Z. Metallkde. Bd.23 (1931) S.227. - Claus, tv.: MetaIlwirtsch. Bd. 13 (1934) S.227.

Bleibronzen. 289

oberhalb 1000° durch kraftige Badbewegung aus dem entmischten Zustand feindispers zu machen und teilweise zu erhalten, zumal wenn durch induktive Wirbelung im Mittelfrequenzofen eine durchgreifende Hadbewegung bewirkt wird. Die erforderliche Intensitat der Riihrarbeit nimmt mit steigender Temperatur abo Rei Temperaturen oberhalb 1150° solI schon ein geringes MaB an mechanischer Riihrarbeit ftir die Schaffung einer gleichmaBig feindispersen Mischung der beiden Schmelzen ausreichend sein J.

Die HeI'stellung eines GuBstuckes mit gleichmaBig guter Bleiverteilung ist, wie die Schliffbilder Abb. 194 bis 197 zeigen, bis auf

Abb. 194. Bleibronze mit 60% Cu, 40% Pb. Kupfer und Blei in Verteilung nach Art eines Eutektikums (Monotektische Reaktion l. GesWrte l\onen , vermutIich durch Keimeffek te.

75 X.

Abb. 195. Bleibronze mit 60% Cu, 40% Pb. Kupfer und Blei in Verteilung nnch Art eines Eutektikums (Monotektische Reaktion). GcsWrte Zonen, vermutIich durch Keimeffekte.

400 x.

gewisse gestorte Zonen moglich, da die fiir Entmischung und Absetzen maBgebende "kritische" odeI' Mindest - Abkiihlgeschwindigkeit bei kleineI'en GieBquerschnitten im KokillenguB recht gut eingehalten werden kann.

Abb. 194 und 195 zeigen das Gefiige einer Blei-Kupfer-Legierung mit 400/ ° Blei, die bei etwa 1100°, also im Zwei-Schmelzen-Hereich, ohne vorherige Uberhitzung bis zur Homogenisierung, lediglich durch Riihren mit einem Quarzstab feindispers gemacht und anschlieBend in eine Kokille mit den Abmessungen 20 X 180 X 180 mm vergossen wurde. Das Gefiigebild zeigt eine hervorragende feine und gleichmaBige Bleiverteilung, deren Ausbildung fast einem Eutektikum entspricht. Das gleiche gilt fiir das Gefiige der in Abb. 196 und 197 dargestellten, unter den gleichen Bedingungen erschmolzenen und vergossenen Legierung mit 50% Blei. Diese Ergebnisse diirfen aber nicht dariiber hinwegtauschen,

1 Clau8, W.: Metallwirtsch. Bd. 13 (1934) S.226/227.

19 Kuhnel, Gleiti>ager. 2. Auf!


daB die betriebsmiiBige Herstellung von Lagerkorpern aus Hleibronzen mit mehr als 360/ 0 Blei auf auBerordentliehe Sehwierigkeiten in der treff::;ieheren Heherrsehung des Gefiiges stoBt, da die feindisperse KupferBlei-Misehung im Zuge der ErstalTung schon dmeh geringste Storquellen bis zur teehnisehen Unbrauehbarkeit ungleiehmaBig bzw. entmiseht wird. Solehe Storquellen sind zahlreieh, zum Beispiel ortliehes Freiwerden von Gasen, Keimeffekte, Untersehiede im Ablauf der Ero;tarrung uber den GieBquersehnitt, zu langsame Erstarrung wegen zu hoher GieBtemperatm oder zu groBer GieBque!"sehnitte. Dabei ist ein entseheidendes Problem noeh gar nieht berueksiehtigt, das die Heherr-

Abb. 196. Bleibron7.e mit 50% Cu. 50% rb. Kupfer nnd Blei in Verteilung nach Art eines Eutektikums (Monotektische Reaktion). Gesti\rte Zonen, vermutlich durchKeimetfekte.

75 x.

Abb.197. Bleibronze mit 50% Cu. 50% Ph. Kupfer und Blei in Vert·cilung nach Art cines Eutektikums (Monotektisehc Reaktion) . Gestor!e Zonen, vermutlieh durchKeimefl'ek!c.

400 x.

sehung der Abkiihlung ganz auBerordentlieh ersehwert, niimlieh der VerbundguB mit Stiitzkorpern aus weiehem FluBstahl, fiir den die bleireiehen Legierungen in der Praxis fast aussehlieBlieh in Frage kOlllmen . Die Forderung nach gleichmaBig schneller Abkiihlung del' Bleibronze steht in Widerspruch zu del' Notwendigkeit, den Stahlkorper beim AnguB auf der fiir die Diffusionsbindung notwendigen Temperatm von rd . 1100 0 Zll halten und anschlieBend das VerbundguBstiick mit seinem dmeh den Sta hlkorper erhohten Wiirmeinhalt schnell und gleiehllliiBig a bzuld.ihlen . Diese Andeutungen in bezug auf die Problematik des Verbundgusses mogen in ZusCLmmenhang mit del' Diskussion des KupferHlei-Zustandsschaubildes vorerst geniigen. Sie wurden an dieser Stelle fiir n iitzlich gehalten, Ulll die Grenzen zu ulllreiBen , die uns bei de!" Auswertung dieses Schaubildes gesetzt sind.

De!" Erstarrungsverlauf einer Hlei-Kupferlegierung mit maxi lllal etwa 36% Blei, also aus dem Gebiet del' homogenen Schmelze her-

Bleibronzell. 291

aus, sei nachfolgend am Beispiel der Legierung mit 80% Kupfer und 20% Blei geschildert. Bei etwas oberhalb 1000° C beginnt primiir Kupfer entsprechend dem Zuge der Liquiduslinie bis zur Zu:oammensetzung beim monotektischen Punkt, also bis zu dem Anteil von 36% Kupfer, zu erstarren. Bei diesem Haltepunkt, also bei 954°, setzt sich die Erstarrung nach der Art eines Eutektikums entlang der monotektischm Geraden bis zur Zusammensetzung 92,5% Cu/7,5% Pb fort. Damit hat sich also primiir ein Kupferskelett gebildet, das von einer hochbleihaltigen Schmelze mit der Zusammensetzung 92,5% Pb/7,5% Cu umgeben ist. 1m Verlauf der weiteren Abkuhlung scheiden sich die in der bleireichen Restschmelze noch ge16sten 7,5% Kupfer im Zuge der Loslichkeitslinie bis herab zu 327° aus. SchlieBlich liegen bei 326°, der Erstarrungstemperatur des Bleis, Kupfer und Blei nebeneinander im festen Zustand vor. Das vorstehende Beispiel ist typisch fUr die in der heutigen GieBpraxis wohl ausschlie13lich verwendeten Bleibronzen mit Bleigehalten unter 36% . Dabei zeigen die Legierungen bis 36% Blei beim Erstarren unter gleichen Kuhlbedingungen bei verschiedenen Bleigehalten keineswegs ein vollig einheitliches Verhalten. Das groBe Erstarrungsintervall von 954 bis 326° entsprechend einem Bereich von 628 Celsiusgraden gibt der Restschmelze groBe Moglichkeiten zur Dmschichtung, und zwar naturgemaB um so ausgepragter, je hoher ihr Anteil an der Legierung, je hoher also der Bleigehalt ist. Die Schwereseigerung, die im alteren Schrifttum oft als der ausschlaggebende Faktor benannt wurde, kann nach den Erfahrungen des Berichters ebensowenig wie die Fliehkraftseigerung beim SchleuderguB als Hauptfaktor fur Seigerungen bei den in der Praxis ublicherweise verwendeten Bleibronzen mit Bleigehalten bis etwa 30% verantwortlich gemacht werden. Dm eine Schwereseigerung zu ermoglichen, bedarf es der Schaffung von Wegen fur die Wanderung des Bleies, und diese werden vorzugsweise in gashaltigen Schmelzen durch Gase geschaffen, die im Zuge der Abkuhlung infolge abnehmender Loslichkeit frei werden. Wir werden auf diese Frage bei der Betrachtung der Einfliisse von Sauerstoff und Wasserstoff auf die Schmelze noch naher eingehen. Seigerungserscheinungen durch die Differenz in der Schrumpfung der beiden Phasen sind vorstellbar, wenn man die linearen Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer (rd. 17. 10 -6) und Blei (rd. 29· 10-6) miteinander vergleicht. Seigerungen aus dieser Vrsache werden, da die Restschmelze bis herab zu 326° flussig bleibt, ein Nachsaugen zur Folge haben, das die zuletzt erstarrende Zone an Blei etwas verarmen und damit poros werden liiBt.

d) EinfIuB derLegierungsbestandteile aufAufbau und Eigenschaften. Der EinfluB gnmllter und nichtgewollter Zusiitze auf Gefuge und physikalische Eigenschaften der Bleibronzen ist seit dem Jahre 1879, als Allan sr. die Bleiverteilung durch Zusatz von Schwefel beeinfluBte,

lit·


Gegenstand zahlreicher Untersuchungen und Kontroversen gewesen. Das amerikanische Schrifttum zeigt urn die Jahrhundertwende eine Haufung yon Veroffentlichungen, angeregt durch den Patentstreit Allan jf. contra Olamer iiber die Zulassigkeit von Legierungspatenten fUr gewisse Gruppen von Blei-Zinnbronzen und bestarkt durch das Streben nach t'berwindung der Schwierigkeit, das Blei in GuBstiicken aus dieser bei groBen Abnehmern, Eisenbahngesellschaften ebenso wie Maschinenbauanstalten, vie] verwendeten Legierungsgruppe treffsicher in eine hinreichend feine, gleichmiiBige Verteilung zu bringen. In der Praxis zeigte sich, daB unter Voraussetzungen, die jahrzehntelang ungeklart blieben, einige Zusatzstoffe wie Schwefel, Zinn und Eisen einen giinstigen EinfluB auf die Kristallisation im Sinne einer Verfeinerung und VergleichmaBigung des GefUges ausiiben. Sie wurde haufig durch Einengung der Mischungsliicke im System Kupfer-Blei gedeutet. Dabei wurde der Umstand iibersehen, daB die Mischungsliicke erst bei Bleigehalten oberhalb 36% , d. h. auBerhalb des Bereichs der iiblichen Bleibronzen und Blei-Zinnbronzen beginnt. Beobachtungen im GieBbetrieb iiber das Austreiben von Blei nach Art einer umgekehrten Seigerung lieBen vermuten, daB im Zuge der Erstarrung freiwerdende Gase den AnlaB zu grober und unregelmaBiger Bleiverteilung und Porositat geben. Die Arbeiten von N. P. Allen und Mitarbeitern1 iiber den EinfluB der Gase auf die Porositiit in Kupferb16cken und seine Deutung der Wechselbeziehungen zwischen Wasserstoff- und Oxydgehalt in Kupfer, erganzt durch Arbeiten von

10

/ V

( _i---LJ

'100 500 800 1f}(J(J IZ()f} fl/f}f} °C foOf} Temperatur

Abb. 198. L6slichkeit von Wasserstoff in Kupfer in Abhiingigkeit von der Temperatur (Sieverts).

Daniels2, gaben den AnstoB zu entsprechenden Beobachtungen und Uberlegungen fUr Bleibronzen und Blei-Zinnbronzen 3.

Sie fUhrten zu neuen Erkenntnissen von grundsatzlicher Bedeutung fiir die Metallurgie unci die Entwicklung des Gefiiges dieser Legierungen. Sie geben uns auch dil~ Berechtigung, den Gas- und Oxydgehalt als Einfliisse

erster Ordnung auf Erstarrungsverlauf und Bleiverteilung und als w€smtliche Zusat7.e zu den Hauptlegierungskomponenten vor allen anderen gewollten uno nichtgewollten Beimengungen zu behandeln.

1 Allen, N. P.: J. lnst. Met. Bd.43 (1930) S. 81. - Allen, N. P., T. Hewitt: J. lnst. Met. Bd.51 (1933) S.257. - 2 Daniels, E. J.: J. lnst. Met. Bd. 43 (1930) S.125-142. - 3 Bollenrath, F.: Metall Bd.20 (1941) S.1063-1068.

Bleibronzen. 293

Die Loslichkeit von Wasscrstojj in Kupfer in Abhangigkeit von der Temperatur zeigt Abb. 198. Die Kurve la13t mit steigender Temperatur einen Sprung beim Schmelzpunkt des Kupfers und eine erhebliche Zunahme des Gasgehaltes bei Uberhitzung der Schmelze erkennen. Es wird auch offensichtlich, daB eine mit Wasserstoff gesattigte Kupferschmelze im Zuge der Abkiihlung und Erstarrung entsprechend der dabei abnehmenden Loslichkeit Wasserstoff freigibt, der Porositat verursachen kann, wenn er nicht die Moglichkeit hat, aus der Schmelze zu entweichen. Die Gefahr, daB Wasserstoff im GuBstuck eingefangen wird, ist naturgemaB urn so groBer, je mehr die Erstarrung beschleunigt wird.

Wenn in wasserstoffhaltiges Kupfer - etwa durch Windfrischen oder durch Zugabe von Kupferoxyd - Sauerstoff eingebracht wird, so reagiert er zunachst mit dem Wasserstoff unter Bildung von Wasserdampf, der die Schmelze verlaBt. Diese Reaktion verlauft aber nicht vollstandig, es bildet sich viel.· mehr ein temperatur- und drucka bhangiges Gleichgewicht nach Abb. 199 und 200 aus. Dabei ist besonders fur die Erstarrungsverhaltnisse der Schmelze von groBter Bedeutung, daB Wasserstoff als Gas

m~-----'-------r------'-~ 1rr5 u-~ II _1J500 eu , ,I ~ ,I 0--012500

~ II '-'11500 .,</0 I:t'i'-----f-------j-----'-==----j----j ,-I ~

~

~ ~ 51+-'~--+_----+-----+-_j

~ ~

o~----~a~~u----~~~U----~4~~~

Souerstojgeho/t in Oew-Ofo (9~5mmHg)

Abb. 199. Beziehung zwischen Wasserstoff- nnd Oxydgehalt in Kupfer bei verschiedenen

Temperaturen der Schmelze (Allen und Hewitt).

eu _J5bmmHg o--oZJI{· » ~>I.!I2." II

WOJoSerdompfriruck

u~----a~a~~----~4m~----~a~~~ Souersf0!gehoh in fiew. % (115D0Cl

Abb. 200. Beziehung zwischen Wasserstoff- und Oxydgehalt in Kupfer bei verschledenen Wasserdampfdriicken. Temperatur der"Schmelze 11500 C

(Allen und Hewitt).

gelOst ist und bei Unterschreitung der Loslichkeitsgrenze als Gasausscheidet, wahrend Sauerstoff als Oxyd gelOst ist und bei Unterschreitung der Loslichkeitsgrenze als intermetallische Verbindung, namlich Kupferoxydul, ausscheidet und nun wiederum durch Reaktion mit Wasserstoff zu einer Gasreaktion, in di(sem FaIle zur Bildung von Wasserdampf, Veranlassung geben kann. Es folgt daraus, daB ein unter atmo-

2!J4 H. Mann: Legierungen mit Kupfer als Hauptoestandteil.

sphilrischen Hedingungen er.~chJl1olzenes Kupfer durch oxydierende Schlllelzhehandlung auf einen hinreichend niedrigen "\Yas"erc;toffgehalt gehracht werden muB, der hei derErstarrung keinenachteiligen Wirkungen auf die Kristalli~ation auc;iiben kann. Sollte de!" fur die Sicherung gegerl Wasserstoff erforderliche Sauerstoffgehalt unerwiinscht oder nachteilig sein, so itit "eine Entfernung durch Zuga he eines desoxydierenden Elementes wie Phosphor oder Lithium llloglichl, wohei dieser Zusa tz llleist so hem essen wird, daB nach Reduktion des Sauerstoffs ein geringer Rest an Desoxydans in der Schmelze verhleiht, um eine erneute Oxydation odeI' Gasaufnahme zu verhindern. Die vorstehend umrissenen Beziehungen sind, wie Pntersuchungsergehnisse ehenso wie zahlreiche Ergebnisse der Praxis en\'iesen hahen, von Kupfer auf Blei-Kupfer- und Blei-Zinn-Kupfer-Legierungen mit gewii'sen Einscbrankungen iihertraghar.

Wasserstoff ist in Blei in keinem Temperaturhereich lOslich. In Bleihronzen wird die Wasserstoffloslicheit zwar durch die Anwesenheit des Bleis hera hgesetzt, aher nur in einem Verhhltnis, das in del' GroBenordnung nicht yon dem Mengenverhaltnis der heiden Legierungflkomponenten a h\\'eicht 2. Die Zugahe yon Blei zu einer Kupferschmelze Yermindert also ihre Aufnahmefhhigkeit fur Wasserstoff, jedoch nicht in solchem MaBe, daB die yon Allen fur Kupfer ermittelten Verhaltnisse grundlegend yeriindert wurden.

Der EinfluB des llleis auf die Sauerstojjaufnahme der Schmelze wandelt diese ehenfalls kaum in ihrem grundsiitzlichen Verlauf, obgleich Blei - zumal in dem hier in Betracht kOlllmenden groBen Anteil - in der Kupferschmelze als Desoxydam; wirkt. Die yom Sauerstoff mit Blei und Kupfer gehildeten :!\1ischoxyde, liher deren Loslichkeitsgrenzen u. W. bis heute keine :;\leswngen yorliegen, folgen im Prinzip den yon Allan ermittelten GesetzmhBigkeiten.

Die Praxis folgt dies en Erkenntnissen bei den BleibronZEn und BleiZinnbronzen eben so wie beil1l Kupfer durch eine leicht oxydierende Schmelzfiihrung. Da der Ha uptanteil des Sa uerstoffs an das Blei gebunden bleibt, itit eine Desoxydation zur Begrenzung eines Kupferoxydulgehaltes, \\'ie dies beim unlegierten Kupfer uhlich ist, unnotig. Phoflphorzusii. tze unter 0,050/ 0 ha ben sich a ber bei einigen GieByerfahren zur Verbesserung del' GieBbarkeit und zur Beglim;tigung del' Bindung mit Stahl als yorteilhaft erwiesen.

Zinn ii'lt das technisch bei weitem bedeutendste ZusatzmetaU Hir Hleibronzen. Seine wesentliche Bedeutung liegt in der Losungshiirtung des Kupfers, bei hoheren Zusatzen ergiinzt durch Eutektoidhildung.

1 Klare, P., E. J. Kohlmeyer: Metal! und Erz Bd.41 (1944) S. 149-174. 2 Bollenrath, F.: Archiv Metal!kde. Ed. 1 (1947) S.417-422.

Bleibronzen. 295

Diese Hartung und teiIweise Heterogenisierung dient der Steigerung der Belastbarkeit der Legierung. Als die ErstarrungsverhiiJtnisse noch nicht ausreichend iibersehen werden konnten, galt als Regel, daB mit steigendem Bleigehalt der Zinngehalt gesenkt werden miisse, wenn grobe und unbeherrschbare Gefiigeausbildung vermieden werden solie. Wahrend bei 10% Blei noch 10% Zinn toleriert wurden, wurden bei 15% Blei nur 6% Zinn maximal gutgeheiBen und bei 20% Blei nur noch 3% Zinno Diese Regeln der friiheren GieBpraxis diirften darin begriindet sein, daB sich mit steigendem Zinngehalt das Erstarrungsintervall des oc:-Mischkristalls zunehmend vergroBert und daB sich beim Auftreten von f3 bis zum eutektoiden Zerfall die schwierigen Erstarrungsbedingungen der heterogenen Zinnbronzen iiber einen Bereich von mehreren hundert Grad denen des Kupfer-Bleis iiberlagern. Diese Erstarrungsverhaltnisse waren, zumal wenn der EinfluB Wasserstoff-Sauerstoff nicht beriicksichtigt wurde, mit ebenfalls steigendem Bleigehalt naturgemaB in der alten Praxis nicht gut beherrschbar. In der neuzeitIichen GieBpraxis ergibt sich eine Begrenzung des Zinngehaltes bei hoherem Bleigehalt ohnehin durch das Bestreben, durch den hohen Bleigehalt weichere Legierungen mit besserer Einlauf- und Notlauffahigkeit zu schaffen. So diirften Zinngehalte von 6 bis 7% bei Bleigehalten von 15 bis 25% aus technologischen Griinden die zweckmaBige obere Grenze darstellen, obwohl Bronzen mit beispielsweise g% Zinn und 20% Blei gelegentIich noch handelsiiblich (vgl. Zahlentafel 9) und heute auch gieBtechnisch beherrschbar sind.

Eine Frage von besonderer Bedeutung ist der EinfluB kleiner Zinnzusatze in Hohe von 0,5 bis 20 / 0 auf die Gefiigeausbildung bei hohen Bleigehalten. Wenn auch die Schmelz- und Kiihlbedingungen einen EinfluB hoheren Grades ausiiben, so kann doch nicht bestritten werden, daB solche Zinnzusatze den VerbundguB erleichtern. Wir schlieBen uns zur Deutung dieses Einflusses der Auffassung an, daB hier Keimeffekte vorliegen werden. Der neuerlich geauBerten Auffassung1, daB das Zinn zwar im wesentlichen im Kupfer gelOst wird, daneben jedoch an der Oberflache der Bleitropfchen legiert und Orientierungseffekte ausiibt, konnen wir uns nicht anschIieBen, da nicht die Sekundarkristallisation des Bleis, sondern die Primarkristallisation des Kupfers bzw. der kupferreichen Phase die Gefiigeausbildung bestimmt. Die giinstige Wirkung der Zinnzusatze besteht praktisch in der Unterdriickung der Dendritenbildung zugunsten einer mehr globularen Struktur. Da Zinngehalte in der dafiir iiblichen Hohe von 0,5 bis 20 / 0 schon eine wesentliche, meist unerwiinschte Losungshartung des Kupfers bewirken, ist die Anwendungsmoglichkeit begrenzt und haufig infolge vorgeschriebener Hartewerte unerwiinscht. Die Normvorschriften der Vereinigten Staaten lassen er-

I Liddiard, P. D.: Metal Industry, Lond., Bd.76 (1950) S.193.

296 H. ilfann: Legierungen mit Kupfer als Hauptbestandteil.

kennen, daB dort Zinmmsiitze zu "copper-lead" yenllieden werden. So nennen SAE-l\orl1len Hochstgehalte il1l Bereich yon 0 bis 0,05°/0,

Die amerikanischen ;\Ietallurgen bevorzugen an Stelle von Zinn seit dem Jahre 1936 das Silber!, und zwar in Mengen bis herald zu 6%' Seit dieser Zeit datiert u. a. bei Ford die Entwicklung eines kontinuierlichen VerbundgieBverfahrens fUr Bander unter Verwendung einer Bleibronze mit einel1l Bleigehalt yon 35 bis JO% unter Zusatz yon 5 bis 6% Silber. Kur infolge dieses hohen Silberzusatzes solI diese Legienmg mit ihrem extrem hohen Bleigehalt noch eine genugend feine und gleichmaBige Bleiverteilung ergeben haben. 1m Yerlauf der Entwicklung wurden Rleigehalte uber 32% auch in den eSA fast allgemein wieder verlassen. Der Silberzusatz blieb jedoch, und zwar in einer Hohe bis 1,5%' fUr dynamisch hochbelastete Lager erhalten und fand zunachst in den amerikanischen und spateI' auch in den britischen Normen Eingang, und zwar mit folgenden Gehalten:

Zahlentafel 10. Bleibronzen mit 8ilberzusatz fur hOchstwertige Verbundlager.

Zusammensetzung Herkunft N ormbezeichnung

I I I I Cu Pb Ag }'e Zn P Sonst.

USA SAE 48=A~IS 67-74 26-31 0,75 0,35 0,1 0,025 0,15 4820 -1,5

England D.T.D.274 168 -72 28--32 0,4 0,10 -"- - -

-0,75 I I Werle ohne Bereich sind Buchstwer!e.

Da dem Silberzusatz in diesen yorzugsweise fUr Flugmotorenlager bestimmten Legierungen bis heute besonderer Wert speziell zur Erhohung del' Dauerfestigkeit des Ausgusses beigemessen wird, durfte sein guns tiger EinfluB auf Gefuge und Festigkeit auBer Zweifel stehen. Die Yerwendung dieses gutesteigernden Zusatzes wird jedoch bei uns aus Beschaffungs- und Preisgriinden auf Sonderfalle beRchrankt bleiben mussen.

Kickel geht im Kupfer in Losung und steigert Zahigkeit und Harte, die letzte yor allem gemeinsam mit Zinn oder Mangan 2• ;\Iit hoheren Nickelgehalten werden Yerformungswiderstand und Warlllfestigkeit erhoht, Einlauf- und Xotlauffahigkeit gehen dabei zuruck3 . Xickelgehalte uber 2% sind deshalb in Lagerbronzen selten ublich, wenn auch ihr giinstiger EinfluB <wf Festigkeitseigenschaften und Ge-

l Jenkins, F. G.: Metal Progress Bd.32 (1937) S.145-149. - Lamb, T. W., E. C. Jeter: Materials and Methods Bd.23 (1946) S.1567-1570. - Osborg, H.: Metal Progress Bd. 33 (1938) S. 43. - Palsulich, J., R. TV. Blair: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949. S.224. - 2 Pilling, N. B. u. T. E. Kihlgren: Trans. Amer. Foundrym. Ass. Bd. 2 (1931) (7) S.93. -- TVecker, J.: GieBerei Bd.20 (1933) S. 112. - 3 Brinn: Metals & Alloys Bd. 2 (1931) S. 180.

Bleibronzen. 297

fiige - wohl durch Beeinflussung der Primar-Kristallisation vor aHem bei Blei-Zittnbronzen unverkennbar ist1. Nickel wirkt in BleiZinnbronzen beziiglich der Eutektoidbildung wie Kupfer, drangt sie also zuriick. Nickel als Zusatz zu hochbleihaltigen Blei-Kupfer-Legierungen ist in seiner Wirkung umstritten. Wenn auch im Schrifttum der letzten Jahre seine giinstige Wirkung auf die Bleiverteilung bestatigt wurde2,

so wirkt es doch nicht so eindeutig wie Silber und Zinn und ist deshalb in den fiir VerbundguB bestimmten Bleibronzen wieder verlassen worden.

Mangan wurde im Rahmen einer groBeren Studie 3 als Austauschwerkstoff fUr Zinn in Blei-Zinnbronzen empfohlen. Es hartet etwa ebenso stark wie Zinn, bildet aber mit Kupfer eine ununterbrochene Mischkristallreihe, so daB die bei Zinnzusatzen iiber 50/0 auftretende zusatzHche Reterogenisierung durch Eutektoidbildung entfallt. Mangan hat sich deshalb nicht als Ersatz fUr Zinn einfUhren konnen, zumal auch die Beschaffungsschwierigkeiten in rohstoffarmen Perioden nicht geringer sind als fiir Zinno In hochbleihaltigen Zweistofflegierungen wirken kleine Manganzusatze desoxydierend ohne den Vorteil des Phosphors, die Schmelze diinnfliissig und damit leichter vergieBbar zu machen. Rohere Restgehalte als 0,1 0/ 0 sollen sogar fiir Bleiseigerungen und Steigen des Gusses verantwortlich sein. Es ist aber anzunehmen, daB ein unkontrollierter Gasgehalt in der Schmelze diese Erscheinung verursachte.

Eisen - und in ahnlichem AusmaB auch KobaZt - unterstiitzen, wie mehrere Studien unter Beweis stellen4, in Bleibronzen eine feine Primarkristallisation und fordern dadurch eine giinstige Gefiigeausbildung. Beide Metalle sind in Kupfer nur sehr beschrankt li:islich, bei 1l00° Eisen bis 4%, Kobalt bis 4,5%, und die Loslichkeit nimmt bis zur Zimmertemperatur praktisch bis auf Null abo Infolge der meist beschleunigten Abkiihlung der Blei-Kupfer-Legierungen bleiben erhebliche Mengen Eisen in Losung, bei technisch iiblichen Kiihlbedingungen in Verbundlagern bis gegen 10/0. Diese Menge vermag offenbar ahnlich wie Zinn und Silber durch Keimeffekte im Kupfer bzw. im kupferreichen Mischkristall bei der Erstarrung eine feinere, mehr globulare Kristallisation zu bewirken. Es ist durch;tus denkbar, daB freies Eisen, das bei Eisengehalten von 0,5 bis 20/ 0 und dariiber in mikroskopisch und auch

1 Staple8, E. M., R. L. Dowdell u. C. E. Eggenschweiler: Bur. Stand. J. Res. Wash. Bd.5 (1930) S.349. - 2 Liddiard, P. D.: Metal Industry, Lond. Bd. 76 (1950) S. 193. - 3 Wecker, J. u. H. Nipper: Z. Metallkde. Bd.27 (1935) S.149-154 (Auszug aua der gleichnamigen Dr.-Ing.-Diss. Aachen). - Wecker, J.: GieBerei Bd.20 (1933) S. 112. - 4 Eggenschweiler, C. E.: Bur. Stand. J. Res., Wash. Bd. 8 (1932) S. 67. - Metal. Ind., Lond. Bd. 40 (1932) S. 47l. -Schmidt, E.: Beitrag zur Technologie und Metallurgie von Lagermetallen. Dr.Ing.-Diss. Berlin 1937, S. 7 u. 8. Ruhenbeck, A.: GieBerei Bd. 38 (1951) S.104-106.

19a


submikroskopisch feiner Verteilung vorkommen diirfte, die Zahl der Kristallisationskeime auBerordentlich vermehrt. Eisengehalte in dieser Hohe wurden friiher gelegentlich absichtlich zulegiert, sie waren auch iiber viele Jahre ungewollt in der Bleibronze enthalten, wenn Stahlrohrabschnitte mit Spanen und feinen Stiicken der Legierung beschickt wurden und beides zusammen in nichtoxydierender Atmosphare rotierend iiber den Schmelzpunkt der Bleibronze hinaus erhitzt wurde (Rollbiichsenverfahren). Solche Ausgiisse mit teils metastabil ge16stem, teils freiem Eisen haben sich in groBten Stiickzahlen iiber viele Jahre bewahrt. Wesentlich ist dabei, daB das Eisen nicht als Oxyd oder gar als Karbid auf tritt, da dann ein unzulassiger Angriff auf den Lagerzapfen zu befiirchten ist. Bei neuzeitlichen Legierungen und GieBverfahren wird ein absichtlicher Eisengehalt in der Bleibronze vermieden. Die Normen sehen einen zulassigen Hochstgehalt von nur 0,1 bis 0,7 0/ 0 vor.

Antimon fordert nach alteren Untersuchungen1 in Bleibronze und Blei-Zinnbronze ebenso wie in RotguB das Ausseigern des Bleies. Der Berichter vertritt aber auch hier den Standpunkt, daB Gase im Metall nicht beriicksichtigt wurden und zu Fehldeutungen AnlaB gaben. Antimon geht in den hier in Betracht kommenden Gehalten sowohl im Kupfer wie im Blei in Losung und hartet dadurch noch starker als Zinn, etwa im Verhaltnis 3 zu 2. Bei Gehalten iiber 20/ 0 Antimon hinaus versproden die Legierungen. Im zweiten Weltkrieg wurde ein fUr deutsche Flugmotoren-Verbundlager iiblicher Zinnzusatz von 2,0 bis 2,30/ 0 durch 1,4 bis 1,50/ 0 Antimon ersetzt. Dabei zeigte sich, daB bei gleichhoher Losungshartung die Gewahrleistung eines feinen, gleichmaBigen GefUges und einer guten Bindung schwieriger, aber zu meistern war. Bindungsschwierigkeiten, iiber deren Ursache keine Klarheit zu gewinnen war, zeigten sich in auIfalliger Haufung bei Steigerung des Antimongehaltes iiber 1,50/ 0 hinaus.

Arsenzusatze sind in Blei-Kupfer-Legierungen nicht iiblich. Die Mitteilung, daB Arsen - eben so wie Antimon - Bleiseigerungen verursacht2, geben wir mit Vorbehalt wieder.

Zink wird gelegentlich als Zusatz zu Blei-Zinnbronzen verwendet, zum Teil in dem Bestreben, Zinn einzusparen. Dabei gilt wie bei Mangan, daB nicht nur die Losungshartung des Kupfers, sondern auch die Heterogenisierung durch Eutektoidbildung beriicksichtigt werden muB. Zink in groBer Menge ist infolge seines niedrigen Dampfdruckes

1 Clamer: Trans. Amer. lnst. min. metallurg. Engrs. Bd.60 (1919) S. 163. -Staples, E. M., R. L. Dowdell u. C. E. Eggenschweiler: Bur. Stand. J. Res., Wash. Bd.5 (1930) S. 349. - Archbutt: J. lust. Met. Bd. 24 (1920) S.269. - B Bassett, H. N.: Bearing metals u. alloys, S. 306. London 1937. - Schmid, E.: Beitrag zur Technologie und Metallurgie von Lagermetallen. Dr.-Ing.-Diss. Berlin 1937, S. 8.

Bleibronzen. 299

fUr die Bleiverteilung nicht ungefahrlich. Bei Bleigehalten iiber 15%

wird man groBere Zinkzusatze deshalb vermeiden. Bei Legierungen mit etwa 7% Zinn und 7% Blei haben sich Zinkzusatze bis 4% ahnlich wie in RotguB als Mittel zur Losungshartung bewahrt. Auch Legierungen mit 6% Zinn, 15% Blei und 4% Zink werden mit Erfolg vergossen. Beim VerbundguB vermeidet man Zink, da bei den bleireichen Legierungen sein EinfluB schadlich sein SOlli. Soweit kleine Zinkzusatze zur Desoxydation verwendet werden, soll ihr Restgehalt in copper-lead nach SAE 48 0,10/0 nicht iiberschreiten.

Schwefel wird, wie bereits erwahnt, seit 1879 als ein Zusatz genannt, der die Bleiverteilung insbesondere in hochbleihaltigen Kupferlegierungen merklich feiner und gleichmaBiger gestaltet 2• Die dabei in Betracht kommenden Mengen liegen bei einigen Zehnteln Prozent. Sie werden der Schmelze durch Einriihren von elementarem Schwefel oder von Schwefelverbindungen wie Pyrit zugesetzt. Eine neuere Untersuchung 3 klart die Wirkung des Schwefels dahingehend, daB sich Bleisulfid bildet, das bei lllO° erstarrt und in Form zahlreicher "Kondensationskerne" die Keime fiir ebensoviele Bleitropfchen abgibt. Es wird nachgewiesen, daB bei dem Verhaltnis Blei zu Schwefel wie 100: 1 die giinstigste Wirkung erzielt wird, weil dann die Zahl der Bleisulfidkerne geniigend groB, ihr Volumen jedoch noch geniigend klein sei. Das entspricht also bei einem Bleigehalt zwischen 20 und 300 / 0 einem Schwefelgehalt von 0,2 bis 0,3% , wie er in der Praxis vielfach angewendet wurde. Die gegebene Deutung befriedigt nicht vollig, weil mit groBerer Wahrscheinlichkeit das primar erstarrende Kupferskelett GroBe und Anordnung der Bleiteilchen vorbestimmt. Das Massenwirkungsgesetz laBt aber neben dem Bleisulfid auch das Auftreten von Kupfersulfid erwarten, das geeignet sein diirfte, das primare Kornwachstum durch Keimeffekte zu hindern. Diese Einfliisse werden in alteren Arbeiten als unstet in ihrer Wirkung bezeichnet. Dabei darf der EinfluB einer meist iiblichen oxydierenden Schmelzbehandlung nicht iibersehen werden, da sie zur Bildung von Schwefeldioxyd fiihren kann, das nach bisher vorliegenden Untersuchungen4 als Gas in der Schmelze nicht oder wenigstens nicht in erheblichem MaB 16slich ist, also fUr eine Verringerung des Schwefelgehaltes in der Schmelze sorgen wird. Die Sulfide werden, wenn sie nicht oxydierenden Einfliissen ausgesetzt sind, keinerlei nachteilige Einfliisse auf die Schmelze ausiiben, vielmehr einer feinen und gleichmaBigen Gefiigeausbildung dienlich sein. Bei der Schwefelung von Blei-

l Schmid, E.: Beitrag zur Technologie und Metallurgie von Lagermetallen. Dr.-Ing.-Diss. Berlin 1937, S.8. - 2 Bassett, H. N.: Bearing metals and alloys, S. 339. London 1937. - 3 Ruhenbeck, A.: GieJ3erei Bd. 38 (1951) S. 103-106. 4 Rontgen, P., G. Schwietzke; Z. Metallkde. Bd. 21 (1929) S. 117-120.

19a*


bronzen ist also der Oxydationsgrad der Schmelze und die Art der Schmelzfiihrung von entscheidendem EinfluB.

Phosphor dient in Bronzen zur Desoxydation und wird als Phosphorkupfer mit einem Gehalt von 10 oder 15% Phosphor zugegeben. Bleibronzen werden bereits durch ihren Bleigehalt vordesoxydiert, da - insbesondere bei hoheren Bleigehalten - der Sauerstoff weitgehend als Bleioxyd gebunden wird. Ein Teil dieses Oxyds diirfte als Mischoxyd im Kupfer lOslich sein, wahrend ein weiterer Teil verschlackt. Man kann eine teilweise Loslichkeit aus der hoheren Harte sauerstoffbehandelter Legierungen folgern. Ein Zusatz von Phosphor kann eventuell bei Bleibronzen zur Entfernung des gelOsten Sauerstoffs dienen, obwohl dessen Loslichkeit durch den Bleigehalt ohnehin stark begrenzt wird. Der Rauptzweck von Phosphorzusatzen ist aber die Erniedrigung der Viskositat der Schmelze beim GieBen sowie :- beim VerbundguB - die Erhohung der Diffusionsneigung an der Bindungsschicht. Dabei muB der Phosphorrestgehalt, der im GuBstiick verbleibt, unterhalb einer Grenze bleiben, die mit 0,04% , auBerst 0,06% angegeben werden kann. Bei hoheren Phosphorrestgehalten tritt - offenbar infolge von Gasreaktionen -eine Art umgekehrter Seigerung des Bleis mit ihren nachteiligen Wirkungen - grober und unregelmaBiger Bleiverteilung und Porositat -auf!. Bei VerbundguB wandert der Phosphor nach dem AnguB vor der ErRtarrung infolge hoher Affinitat zum Eisen, und an der Diffusionszone wird eine Kupfer-Eisen-Phosphor-Zwischenschicht gebildet, die zwar sowohl mit dem Eisen wie mit dem Kupfer einwandfreie Diffusionsverbindung besitzt, aber sehr sprode ist und unter Wechsellast insbesondere bei Biegebeanspruchung abplatzen kann und damit das Triebwerk gefahrdet2• Die mit einem Phosphorrestgehalt iiber 0,06% hinaus stark anwachsenden Gefahren der beschriebenen Art haben dazu gefiihrt, daB in einigen Normen und Abnahmevorschriften Phosphor selbst in Spuren nicht zugelassen ist. SAE 48 und AMS 4820 begrenzen auf 0,025% , 1m allgemeinen diirfte eine Begrenzung des Restgehaltes auf 0,04% volle Gewahr fiir die Vermeidung der oben genannten Nachteile bieten. Gehalte innerhalb dieser Grenze erleichtern beim VerbundguB hochwertiger Lager in ruhende GieBformen nach Erfahrungen des Berichters die treffsichere Gewahrleistung guter Bindung und Bleiverteilung. Sie sollten deshalb auch in der genannten Rohe toleriert werden.

1 Staples, E. M., R. L. Dowdell u. O. E. Eggenschweiler: Bur. Stand. J. Res., Wash. Bd. 5 (1930) S.349. - Thews, E.: Metal Ind., Land. Rd. 36 (1930) S.401. - Bassett, H. N.: Bearing metals and alloys, S. 337. London 1937. - 2 McOloud, J. L.: Metal Progress Bd.32 (1937) S. 268. - Bollenrath, F., W. SiedenbuTg: Luftfahrtforschg. Bd.20 (1943) S.274-277. - Bollenrath, F.: Archiv Metallkde. Bd. 1 (1947) S.419-420.

Bleibronzen. 301

SiZizium wird bei Kupferlegierungen wegen seiner hohen Sauerstoffaffinitat gelegentlich an Stelle von Phosphor zur Desoxydation verwendet. Als Zusatz zu Bleibronzen hat sich Silizium nicht bewahrt, weil die Reaktionsprodukte - Kieselsaure und Bleisilikat - schlecht in die Schlackendecke abschwemmen und den GuS durch Verbleiben in der Schmelze schaumig und porig machen. Bei Uberhitzung, die bei einigen VerbundgieBverfahren ziemIich hochgetrieben werden muB (iiber 1200° C), tritt dieser Nachteil besonders stark in Erscheinung. Das gleichej gilt fiir Aluminium!, das ebenso wie Silizium eine kraftig desoxydierende Wirkung mit nachteiligen Einfliissen der in der Schmelze in Schwebe verbleibenden Desoxydationsprodukte verbindet. Wenn der GuB nach Zusatz des Aluminiums nicht einige Zeit in Ruhe abstehen kann, wenn iiberdies beim GuB kein vollig ruhiger und wirbelfreier FluB des Metalls gewahrleistet ist, nehmen die in der Legierung eingeschlossenen Tonerdehaute dem GuBstiick den Zusammenhang. Als Folge davon wird erhohte Neigung zu Schrumpfrissen beobachtet. Binzu kommt die Bildung einer aluminiumoxydhaltigen Haut auf der Schmelze, die bei VerbundguB die Bindung beeintrachtigt oder ganz verhindert. Aluminium ist deshalb in Bleibronzen als schadliche Beimengung anzusehen und zu vermeiden. Uber seinen EinfluB auf KokillenguB aus bleihaltigen Bronzen (ohne Verbund), fUr den Aluminiumzusatze von 0,2 bis 0,8% als Schutz der Kokille gegen Anschmelzungen bei Kupferlegierungen von Nutzen sind, liegen keine verOffentlichten Erfahrungen vor.

Zirkon stellt nach einer oft zitierten amerikanischen Studie2 allein oder auch zusammen mit Schwefel (oder Silizium) ein ausgezeichnetes Mittel zur Begiinstigung einer feinen und gleichmaBigen Bleiverteilung dar. Hier wird es sich neben Keimeffekten urn eine kraftige Desoxydationswirkung in Kombination mit dem vorstehend diskutierten giinstigen EinfluB des Schwefels handeln. Restgehalte von Zirkon, nach einer spateren Untersuchung schon ab 0,01% , sind bereits problematisch in ihrer Wirkung. Die Heftigkeit der Reaktion mit dem Sauerstoff der Schmelze diirfte eine gleichmaBig intensive Wirkung in der Schmelze in Frage stellen. So erklart sich wohl auch der ausgebIiebene Erfolgin der Praxis, da anderenfalls die amerikanische Fluglagerfertigung von diesem Mittel zur Verbesserung des Gefiiges sicherIich dauernden Gebrauch gemacht hatte. 1m

1 Bolton u. Weigand: Amer. Inst. min. metallurg. Engr. Techn. Publ. 281. -R08at, H. J.: Metal. Ind., Lond. Bd.43 (1933) S.443. - Schmid, E.: Beitrag zur Technologie und Metallurgie von Lagermetallen. Dr .. lng.-Diss. Berlin 1937, S. 8 u. 9. - B Herschman, H. K., F. L. Basil: Bur. Stand. J. Res., Wash., Ed.I (1933) S.59I-608. - Met. Ind., Lond. Bd.43 (1933) S. 219-226, 243-246, 325 u. 326.


iibrigen haben die neueren Erkenntnisse iiber den Oxyd- und Gasgehalt in Kupferschmelzen die Betrachtungsweise iiber desoxydierende Mittel seit der Bekanntgabe der oben zitierten Ergebnisse grundlegend gewandelt.

Das gleiche gilt fiir den Einsatz der Alkalimetalle, denen ebenfalls ein giinstiger EinfluB auf den Erstarrungsverlaufvon bleireichen Kupferlegierungen zugesprochen wurde. Natrium, Kalzium und Barium, die vorzugsweise genannt werden1 , haben eine stark desoxydierende Wirkung, die aber durch ihren spontanen Ablauf im GieBereibetrieb schlecht unter Kontrolle zu bringen ist und deshalb oft sehr ungleich zur Wirkung kommt. Wenn bei UberschuB an Alkalimetallen in der Schmelze nachteilige Wirkungen auf die GefUgeausbildung von Bleibronzen beobachtet wurden, so diirfte dies auf Gas- bzw. Dampfreaktionen zuriickzufUhren sein, die auf den EinfluB von Wasserstoff und Oxyden zuriickgehen.

Zusammentassung. Der EinfluB von Zusatzen auf Bleibronzen wird hauptsachlich von folgenden zwei Gesichtspunkten beherrscht: a) dem EinfluB von Legierungszusatzen - durchweg in Hohe von einigen Prozent - auf die bewuBt angestrebte Steigerung physikalischer Giitewerte und b) dem EinfluB von teils gewollten, teils ungewollten Beimengungen - durchweg in Mengen unter einem Prozent - auf die GefUgea us bild ung.

Soweit die Steigerung physikalischer Giitewerte angestrebt wird, konnen Silber, Zinn und Nickel als hauptsachlich in Betracht kommende Zusatze genannt werden. Silber dient in Mengen von 0,4 bis 1,5% der Steigerung der Dauerfestigkeit. Zinn dient in Mengen zwischen lund 10% hauptsachlich zur Steigerung der Harte und damit der Belastbarkeit, in Mengen iiber 5% auBerdem zur Erhohung der fUr die Laufeigenschaften giinstigen Heterogenitat durch Bildung des fUr die Zinnbronzen typischen oc+<5-Eutektoids. Nickel wurde in Mengen von vorzugsweise Ibis 2% zulegiert, da es die Zahigkeit erhoht und GieBschwierigkeiten mindert, die in dem Erstarrungsintervall der Zinnbronzen begriindet sind. Der zweite Grund fUr die Wahl von Nickelzusatzen greift also schon in den nachfolgend besprochenen Bereich iiber. Der EinfluB von teils gewollten, teils ungewollten kleinen Beimengungen auf die Gefiigeausbildung ist eine recht komplexe Frage, die wir im folgenden am Beispiel der bleireichen Blei-Kupfer-Legierungen besprechen wollen, da diese Legierungsgruppe mit etwa 20 bis 30% Blei, Rest Kupfer, infolge ihrer Erstarrungsprobleme zu besonders zahlreichen Arbeiten und Deutungen auf dies em Gebiet angeregt hat.

1 Herschman, H. K., F. L. Basil: Bur. Stand. J. Res., Wash., Bd. 1 (1933) S.591-608. - Met. Ind., Lond. Bd. 43 (1933) S.219-226, 243-246, 325 u. 326. - Ba88ett, H. N.: Bearing metals and alloys, S. 338-343. Lond. 1937.

Bleibronzen. 303

Wir wiesen bereits mehrfach darauf hin, daB die primare Erstarrung der kupferreichen Phase ffir die Gefugeausbildung der Blei-KupferLegierungen entscheidend ist. Die bleireiche Phase bzw. das Blei ist gezwungen, sich bis zur Erstarrung bei 3260 in die primar kristallisierten Kupferdendriten einzulagern und durfte kaum Gelegenheit haben, den primaren Aufbau wesentlich zu beeinflussen. Auch Gasreaktionen sind von der bleireichen Phase nicht zu befUrchten, denn Wasserstoff ist im Blei unlOslich, und Sauerstoff wird im wesentlichen als Bleiglatte verschlacken, ohne auf die Kristallisation unmittelbar EinfluB zu nehmen.

Neben der Berucksichtigung der moglichen Gasreaktionen steht der EinfluB geringer vorwiegend metallischer Legierungszusatze zur Diskussion. Ihr EinfluB auf die Primarkristallisation ist in Rucksicht auf die geringe Menge vorstellbar durch Keimwirkung oder durch Beeinflussung der Oberflachenspannung.

Vergleichende Betrachtungen sprechen zunachst dafUr, daB gewisse Zusatze mit hochliegendem Schmelzpunkt und beschrankter Loslichkeit, insbesondere Eisen, Kobalt, Nickel und Zirkon, durch Keimeffekte die wiederholt beobachtete feinere Ausbildung der Kupferdendriten bewirken konnen. Wir vermuten das gleiche fUr einige intermetallische Verbindungen, die sich durch einen hochliegenden Schmelzpunkt auszeichnen, insbesondere fur Kupfersulfid. Bei gewissen niedriger schmelzenden Elementen, die in den hier in Rede stehenden Mengen bereitwillig in Losung gehen, wie Zinn und Silber, wird die Hypothese aufgestelltl, daB diese Elemente die Oberflachenspannung des Kupfers zu erhohen fahig sind und dadurch eine gleichmaBig feine Primarkristallisation fordern. Der Berichter mochte der Auffassung, daB auch hier Keimeffekte wirksam sind, gegenuber der Oberflachenspannungshypothese den Vorzug geben.

Der EinfluB dieser durch Keimwirkung oder auch Oberflachenspannungseffekte wirksamen Beimengungen entzieht sich der exakten Erfassung vor allem durch die im SchmelzprozeB unvermeidliche Dberlagerung des Einflusses von Gasen und Wasserdampf sowie der Abkiihlungsgeschwindigkeit,die als.letzter, aber hochst einfluBreicher Faktor behandelt werden soll. Die Behandlung dieser Frage muB wiederum beim Kupfer und seinem Verhalten im VerIauf der Abkuhlung beginnen. Der hohe Bleigehalt wird infolge hOherer Affinitat des Bleis zum Sauerstoff desoxydierend wirken, und zwar durch Bildung von Bleimonoxyd, dasim wesentlichen verschlacken durfte. Die W asserstoffloslichkeitimKupfer wird durch die Anwesenheit des Bleis zwar verringert, bleibt aber doch zum wesentlichen Teil erhalten. Wenn oxydierend geschmolzen und uberdies dafur gesorgt werden kann, daB von der Schmelze und der GieBform Feuchtig-

1 Liddiard, P. D.: Metal Industry, Lond., Bd. 76 (1950) S. 193.


keit ferngehalten wird, die in Kontakt mit der Schmelze ihren Wasserstoff freigeben wiirde, so sind damit bereits wesentliche Bedingungen fUr eine storungsfrei erstarrende Schmelze erfiillt. Andere Gase - auBer Wasserstoff - stellen fiir die Erstarrung der Bleibronze keine Gefahrenquelle dar. Kohlenmonoxyd und -dioxyd sind im Kupfer praktisch unlOslich. Auch bei Schwefeldioxyd wird, wie dies speziell fUr die ZinnguBbronze GBz 10 nachgewiesen wurdel, keine echte Loslichkeit vorhanden sein. Bei der Aufnahme von Schwefeldioxyd tritt vielmehr ein Zerfall in Sulfid und Metalloxyd ein. Diese Reaktion hat sich in der Praxis des Schmelzbetriebes normalerweise als nicht umkehrbar erwiesen. Wir

UnterkuhllJng Ll & IJnferkuhlung Ll & {}nferkuhlung L1 &

Abb. 201 bis 203. Kristallisationsgescbwindigkeit KG und Kernzahl KZ erstarrender Sehmelzen in ihrer Abhiingigkeit von der Unterkiihlung d Ts.

haben deshalb auch den EinfluB des Schwefels nur iiber die Sulfide, d. h. durch Keimeffekte, zu erwarten.

In dies em Zusammenhang diirfte eine kurze Betrachtung iiber die Grundlagen der Kristallisation niitzlich sein 2. - Der Ubergang vom fliissigen in den festen Zustand vollzieht sich bei den Metallen durch Bildung von Kristallen. Die Erstarrungsgeschwindigkeit und damit die in der Zeiteinheit gebildete Gewichtsmenge an Kristallen ist eine Funktion der abgefiihrten Warmemenge. Dabei ist die Frage, ob sich viele kleine oder wenige groBe Kristalle bilden, von zwei Bedingungen abhangig, erstens von der Fahigkeit des Metalles zur spontanen Kristallbildung, dem Kristallisationsvermogen, und zweitens von den Moglichkeiten fiir ein weiteres Kristallwachstum, der Kristallisationsgeschwindigkeit. Das Kristallisationsvermogen ist gekennzeichnet durch die Anzahl der in der Zeiteinheit gebildeten Kristallisationszentren, genannt Kernzahl. Kristallisationsgeschwindigkeit KG und Kernzahl KZ sind abhangig vom Grad der Unterkuhlung, d. h. von der Temperatur, urn

1 Rontgen, P., G. Schwietzke, Z.Metallkde. Bd.21 (1929) S.1l7-120. - 2 Vgl. dazu Goerens, P., P. Scha/meister, H.-J. Wiester: Einfiihrung in die Metallographie. Halle 1948. - Masing G.: Lehrbuch der Metallkde. Berlin 1950. -Bollenrath, F.: Metall Bd. 20 (1941) S. 1063-1068.

Bleibronzen. 305

welche die Schmelze im Verlauf der Abkiihlung ihre Umwandlungspunkte unterschreitet, bevor diese Umwandlung tatsachlich einsetzt.

Abb. 201 bis 203 zeigen, welche Entwicklung Kristallisationsgeschwindigkeit und Kernzahl in ihrer Wechselbeziehung nehmen konnen. 1m Fall I - Abb. 201 - ist die Kristallisationsgeschwindigkeit hoher als die Kernzahl. In der Zeiteinheit erstarrt also mehr Metall durch das Wachstum vorhandener Kristalle als durch Neubildung von Kristallen. Das Gefiige wird grobkornig.

1m Fall II - Abb. 202 - ist umgekehrt die Kernzahl bOher als die Kristallisationsgeschwindigkeit. Es erstarrt also mehr Metall durch Neubildung von Kristallen als durch Wachstum vorhandener Kristalle. Das Gefiige wird feinkornig.

1m Fall III -Abb. 203 - ist zunachst die Kernzahl bOher, dann aber geringer als die Kristallisationsgeschwindigkeit. Wenn also die Erstarrung im GuBstiick iiber einen gewissen Temperaturbereich raumlich fortschreitet, werden zwei Gefiigezonen gebildet, eine feinkornige und anschlieBend eine grobkornige. Zur Deutung der in der Praxis beobachteten Gefiigeformen reichen diese grundsatzlichen Erklarungen allein nicht aus, zumal Keime nicht nur als arteigen aus der Schmelze entstehen. Auch artfremde Keime konnen die Erstarrung beeinflussen. Dazu gehoren auch Oxyde, Silikate u. dgl. aUs Schlacken, Verunreinigungen und Abdeckmitteln. Ihr EinfluB ist allerdings meist geringer als der EinfluB arteigener Keime aus Legierungselementen. Der Mechanismus der Kristallisation ist weiterhin in besonderem MaB,e von dem WarmeabfluB an die Wandungen der GieBform abhangig. Der groBe EinfluB ihrer Warmeleitfahigkeit wurde bei der Gegeniiberstellung von SandguB und KokillenguB aus Zinnbronze und RotguB auf Seite 256/57 offenbar. Er ist bei hochbleihaltigen Kupferlegierungen noch bedeutender und wird schlieBlich beim VerbundguB von Bleibronze mit Stahl zu einem besonders kritischen Problem, weil die fiir die Diffusionsbindung erforderliche Vorwarmung des Stahlkorpers auf iiber 10000 C dem Verlangen nach schneller Abkiihlung der ausgegossenen Bleibronze unmittelbar entgegensteht. Studien iiber verschieden intensive Kiihlung mittels Luft, 01 oder Wasser unter Anwendung verschiedener Bleibronze-AusguBstarken 1 lassen die Schwierigkeit des Problems erkennen. Sie werden weiter erhoht dadurch, daB die bauliche Gestaltung sehr unterschiedliche Wandstarken fUr die Stahlstiitzschale vorschreibt. Beidseitig umgossene Stiitzschalen, wie sie vom Motorenbau fiir gegabelte Treibstangen gefordert werden, bieten ein HochstmaB an Kiihlproblemen.

Bei auBerst starker Kiihlung mittels Wasserbrause ist nach Abb. 204 die Neigung zur Bildung langerer, senkrecht zur Bindungsebene

1 Bollenrath, F., W. Siedenburg: Luftfahrt-Forschg. Bd. 20 (1943) S. 269-275.

20 Kilhnel, Gleitlager. 2. Auf!.

306 H. Mann: Legierungen mit Kupfer als H auptbestandteil.

wachsendel' Kupfel'dendriten , als Einstrahlung odeI' Tmnskrist,tllisation bezeichnet, bewnders groB . Bei groBen Wandstilrken von Stahl und Bronze spielt die Gefahr von Schrumpfrissen mit steigender Kiihlintensitiit eine bedeutende zusatzliche Rolle und bedarf neben del' Gefiigebeurteilung besonderer Beriicksichtigung. Mit abnehmender Dicke des Angusses nimmt die Neigung zur Einstrahlung zu, ebenso mit abnehmender Dicke der Sta hlschale. In der Pra:\is der Lagerherstellung herrschen verschiedene Auffassungen . Soweit Einstrahlungen nach Abb. 204 fiir zuliissig oder sogar giinstig gehalten werden, wird eine sehr kriiftige Wasserkiihlung venyendet und diinne StahlstUtzschalen angestrebt. Wenn einem aufgelosten , mehr globular erscheinenden Gefiige nach Abb. 205

AlJIJ. :W·L YcrblllHlg ll11 ~)tahl- BlciLronze . Weicher l'Iul.lstahl mit ctwa 0,1 % C. J3lei· bronze mit ctwa 30 % l'b. Schroffe Kiihlung· Starke E instrahlung der Kupfertlendriten.

75 x.

~' ." . ... : ·1..· · '. J .

Avv. 205. Vervullclgul.\ Stahl· JlI C' ivronze. Weicher Fluilstahl mit etwa 0,1 % C. Blei· brollze mit etwa 24% Pb. Milde Kiihlullg nach 40 sec 'Vartczeit. Gruberes Gefii ge. Geringe

Einstrahlung. 75 x .

del' Vorzug gegeben wil'd, auch wenn ein etwas groberes Korn in Kauf genOlllmen werden llluB, wird einer lllilderen Wasserkiihlung, gegebenenfalls unter Anwendung einel' Wal'tezeit zwischen AnguB und Kiihlung, die bis zu mehl'eren Minuten betmgen kann, del' Vorzug gegeben. Heide Auffassungen haben bis heute in del' Praxis ihre Anhilnger. Die Notwendigkeit einer schnelleren Kiihlung unter Zulassung von Einstrahlungen ist il1l iibrigen um so dringender, je hoher del' B1eigehalt liegt. Eille auf Gasfreiheit zielende Schmelzfiihrung und eine reproduzierbal'e beschleunigte Abkiihlung unter Beriicksichtigung der Wandstarken von Stahlstiitzkol'per und BleibronzeausguB sind zwar entscheidende Faktol'en fiir die Ausbildung des Bronzegefiiges, der Berichter kann sich auf Grund zahlreicher Betriebsergebnisse und neuerer Untersuchungen jedoch nicht zu der Auffassung bekennen, daB die Wirkung dritter Elemente auf die Kornfeinheit unwesentlich sei, wie

Bleibronzen. 307

dies sogar den in der Praxis vielfach verwendeten Elementen Zinn, Schwefel, Eisen und ~"ickel haufig nachgesagt wird. Dritte Elemente sind nach dieser Auffassung als Zusatzelemente nur berechtigt zur Steigerung der Harte bzw. Festigkeit. Diese These diirfte zwar eine gewisse Giiltigkeit bei VerbundgieBverfahren mit maBigen Voraussetzungen in bezug auf die Reproduzierbarkeit einer definierten, gasfreien Schmelze sowie exakter Vorwarm- und GieBtemperaturen und Kiihlbedingungen haben, die zunehmende Beherrschung dieser Arbeitsbedingungen brachte aber die Erkenntnis, daB verschiedene Zusiitze, auBer den eben genannten in erster Linie das Silber, einen eindeutigen, im Sinne der technischen Verwendung giinstigen EinfluB auf das Gefilge ausiiben. Dieser EinfluB ist zwar geringeren Grades als der EinfluB der Gasfreiheit und der GieB- und Kiihlbedingungen, er ist aber fUr die neuzeitliche Praxis der Verbundlagerherstellung wesentlich genug, urn an der Giitesteigerung teilnehmen zu kannen.

e) Beziehung zwischen Aufbau, Eigenschaften, OberfHichengiite und Gleitverhalten. Die Auswahl und Bewahrung eines Lagermetalles ist ein so Yielseitiges Problem, daB genaue Angaben iiber Best16sungen nicht moglich sind. Die Schwierigkeiten der Bewertung liegen vor allem darin begriindet, daB die Lasung des Lagerproblems eine physikalische Aufgabe umfaBt, die nicht nur werkstoff-, sondern auch gestaltungsabhangig1

ist. Zudem handelt es sich urn eine Werkstoffpaarung, an der zumindest drei Stoffe, namlich diejenigen von Welle, Schmierfilm und Lagerbiichse, beteiligt sind. Die Zergliederung der Anspriiche an den Werkstoff der Lagerbiichse, also an das Lagermetall, setzt definierte Einheitlichkeit von Welle und Schmierstoff yoraus, also eine nicht erfiillbare Forderung. Trotz dieser Vielfalt yon Werkstoffen und Gestaltungsfonnen muB mit einer Zergliederung der Anspriiche an den Werkstoff der Anfang gemacht werden. Sie ist im letzten Jahrzehnt wiederholt yerfeinert und vervollstandigt worden. Wir folgen einer neueren Arbeit2, die das Verbundlager als neuzeitliche Gestaltungsform in den Vordergrund riickt, und nennen als Beanspruchungsarten:

Dauerjestigkeit: Fahigkeit des Lagermetalls, wechselnden Druckund Biegebeanspruchungen standzuhalten.

EinZauttiihigkeit: Nachgeben des Lagerwerkstoffes gegeniiber dem Lagerzapfen durch geringfligige plastische Verformung, YOf allem im Einlaufstadium, urn das Lager maglichst gleichmiiBig ZUlU "Tragen" zu bringen.

Notlauffiihigkeit: Geringe Keigung zum Fressen mit der Zapfenoberflache, insbesondere bei Schmiermittelmangel.

1 BU8ke, A.: Stahl u. Eisen Bd. 71 (1951) S. 1420/33. 2 Underwood, A. E.: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949. S.21O/222.

20'

:30H H. l}fann: LegiPf\l\1gcn mit KupfPf als Haupthestandtcil.

Gute lYannjestigkeit im Bereich del' Betrieb~temperaturen. })inbettfahigkeit: Aufnahmefiihigkeit des Lagermetalls iiir kleine

Sehmutzteilehen und abgeriebene Metallflitter au,.; dem Glkrei"Jauf dureh plastisehes Xachgeben und Einhetten zur Yerhinderung yon Troekenreibung, Riefen in del' ·Welle und iirtlichem Fressen.

Vel'schZei/Jarmer Betrieb aueh bei Paarung mit Zapfen ohne Oberfliichenhiirtung.

Kortosionsbestancligkeit, ins hesondere gegenii her korrosiyen Stoffen illl Sehmieriil.

Ausreiehencl hohe WiirmeZeitjiihigkeit zweeks guten Abflm;se" del' Reibungl-nvurme und Abhaues von Temperaturspitzen hei iirtlicher Miseh- odeI' Troekenreihung.

Ji1iihigkeit zu gute)' Dijfusionsbinclung mit einer Swtzschale hiiherer :Festigkeit.

Del' Zwang zum KompromiB wird offensiehtlich, wenn man bedenkt, daB versehiedene 1<'orderungen einander widerspreehen, inshesondere hohe Dauerfestigkeit und gute Einlauf- und Notlauffiihigkeit. DieRe "Widerspriiehe in sieh" kiinnen jedoeh unter Anwendung gewisser GestaltungsmaBnahmen, in erster Linie dureh Yerbund eines Lagermetalls mit einer festeren Stiitzschale, gegehenenfalb mit zusiitzliehem Laufspiegel (Dreistofflager) weitgehend iihennmden werden. Wir betmehten im folgenden die Bleihronzen und Blei-Zinnhronzen unter den yorstehend aufgezahlten Gesiehtspunkten, ziehen zur Abrundung del' Betrachtungen hleifreie Zinnhronzen und WeiBmetalle hinzu und ergiinzen dies Eild, wo erforderIieh, durch Hinweis auf kon,.;truktive Liisungen. Diel'e Am;fiihrungen sWtzen sieh auf neuere Veriiffentlichungen yorzugsweise amerikanischer HerkunftI, die eine summarische Auswertung zahlreicher Werte darstellen, die auf Priifstiinden und im praktisehen Betrieb gewonnen \mrden.

Datlerjestigkeit und statisehe Festigkeit gehen weitgehend konform, so daB ein statiseher Druekversueh mit Ermittlung del' ersten hleihenden Yerformung und eine Hiirtepriifung schon gute Hinweise geben. Zinn hronzen zuhlen danaeh zu den am hiiehsten helast haren Lagermetallen, Hlei-Zinnbronzen und Bleihronzen folgen mi.t sinkendel1l Zinn- und steigendem Hleigehalt, die WeiBmetalle besehlieBen die Reihe. Bleihronzen mit Hleigehalten iiher 150/ 0 hediirfen a Ut'l l!'estigkeitsgriinden meist der Stiitzschale am; Stahl. 1<~iir WeiBmetalle gilt das ohne jede Ammahme. Dahei erfiihrt mit ahnehmender Sehichbtiirke da:;; im Verhund verwendete Lagermetall eine Heheinhare Erhiihung seiner Festigkeit durch die Ahstiitzung an der Sehale2 , die sieh naeh Abh. 206

1 Watson, R. A., W. E. Thill: S. A. E. Journal Bd.54 (1946) S.41-46. Undencood, A. E.: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949. S.21O-222.

2 Crankshaw, E.: Sleeve Bearing }Iaterials. Cleveland 1949. S. 161.

Bleibronzen. 309

fUr WeiBmetall (Zweistoff) eben so wie fUr Bleibronze mit galvanisch aufgebrachter WeiBmetall-Laufschicht (Dreistoff) in einer mehrfachen Erhohung der Belastbarkeit auBert. Die in diesem Schaubild dargestellten Ergebnisse lassen zwar eine Erhohung der Lebensdauer des Lagers erst bei Unterschreitung der Schichtstarke von 0,35 mm abwarts erkennen, es ist jedoch zu bedenken, daB starkere Schichten weicher Lagermetalle bereits so starke Stauchungen erfahren konnen, daB der Betrieb durch zu weites Lagerspiel gefahrdet wird. Og

Die Schichtstarken in mm neuzeitlichen BleibronzeVerbundlagern soUten generell unter 1 mm Starke liegen. Sie liegen im amerikanischen Dieselmotorenbau urn 0,8 mm und gehen fUr Bleibronze-Lager aus der Bandfertigung bis auf 0,35 mm herab.

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Man erkennt aus dies en Angaben, daB die Helastungenin heutigen Triebwerken allgemein dazu zwingen, Lagermetalle, an die neben der hohen Belastbarkeit auch die im folgenden behandelten Anspruche auf Plastizitat gestellt werden, in erster Linie also WeiBmetalle und

Abb.206. Lebensdauer von Yerbundlager-Ausgiissen in Abhiingigkeit von ihrer Dicke (E. Crankshaw).

Bleibronzen mit hohem Bleigehalt, bevorzugt im VerbundguB mit Stahl zu verwenden. Massive Lagerschalen und -buchsen dagegen sind bei hohen Belastungen nur dann verwendbar, wenn Verformungen von Zapfen und Lagerstuhl vermeidbar sind, die hohe Kantenpressungen erzeugen. In sol chen Fallen bieten Blei-Zinnbronzen meist eine gute Losung, da sie bei hoher Belastbarkeit die Welle schonen. Sie sind insbesondere bei Wellenzapfen ohne Oberflachenhartung der Zinnbronze und dem RotguB vorzuziehen. Dabei ist zu berucksichtigen, daB der PreBsitz der Buchse im Gehause urn so zuverlassiger ist, je hoher die Streckgrenze des Buchsenwerkstoffes liegt, von den Ausdehnungszahlen der beteiligten Werkstoffe abgeseh!)n. Zu hohe Bleigehalte konnen infolge zu niedriger Streckgrenze ein Locken-verden des PreBsitzes bedingen, besonders unter dynamischer Belastung. Man wird deshalb fUr solcheBuchsen


und Schalen den Bleigehalt nicht zu hoch und den Zinngehalt nicht zu niedrig wahlen. Bewahrt haben sich fiir die meisten Arten yon Lagerbuchsen im allgemeinen ::\faschinenbau yor allem die Legierungen mit 82% Kupfer, 7% Zinn, 7% Blei, 4% Zink (SAE 660) und mit 80% Kupfer, 10% Zinn, 10% Blei.

Wenn man eine groBere Schonung der Welle oder den Ausgleich maBiger Schmierverhii.ltnisse durch erhohte Bleigehalte anstrebt, muB die Wandstarke des Lagerkorpers genugend stark gehalten werden k6nnen, um Sitz und Passung zu gewahrleisten. Allgemeine Regeln lassen sich dafur nicht geben. Der Bleigehalt kann dann auf etwa 15%

oder sogar noch bis auf 20% gesteigert werden, wobei Zinngehalte um 6% und evtl. Nickelzusatze bis 4% Festigkeit und Zahigkeit genugend hoch halten. Ais Sonderfalle sind sehr hochbelastete Schwinglager und Kolbenbolzenlager anzusehen, die bei oberflachengehartetem Bolzen und hochster Oberflachengute am besten mit Rohrabschnitten aus gezogener Phosphor-Zinnbronze mit 8 bis 9% Zinn oder nach amerikanischem Vorbild mit Rollbuchsen a us bleihaltiger lVIehrstoffZinnbronze (SAE 791) ausgerustet werden. Bleifreie Zinn-GuBbronze hat nach Auffassung des Berichters heute nur noch wenige, eng umgrenzte Verwendungsbereiche, einmal im Austausch zur gezogenen Knetbronze Sn Hz 8, dann jedoch mit einem auf etwa 12% erh6hten Zinngehalt, und zweitens als Werkstoff fUr Schneckenradkriinze. In allen anderen Fallen wird man geeignete Legierungen in den Gruppen Rlei-Zinnbronze und RotguB finden.

Die Frage der Einlauffahigkeit wurde vorstehend ZUIl1 Teil mitbehandelt, weil die gegensatzlichen Forderungen nach hoher Belastbarkeit und guter Einlaut- und Notlauftiihigkeit bei der Frage del' Werkstoffwahl kaum voneinander zu trennen sind. Die Einlauffahigkeit geht ziemlich proportional mit der Weichheit des Werkstoffes, wobei zugleich an die Notlauffahigkeit hohe Anfol'derungen gestellt werden, denn beim Einlauf werden die Unvollkommenheiten der Laufflache durch plastische Verformung abgebaut, wobei ortlich Trockenreibung oder zumindest halbflussige Reibung unvermeidlich ist. Dabei kann ein Fressen von Lager- und Zapfen-Werkstoff nur durch ein entsprechendes Werkstoffverhalten vermieden werden. Ein solches gutartiges Verhalten, also mangelnde Haftungs- und Hindungsbereitschaft mit dem Stahl der Welle, hat Rlei in hohem MaB, und entsprechend wirkt sich ein steigender Rleigehalt in den Rleibronzen und Rlei-Zinnbronzen aus. 1m Gegensatz zu den WeiBmetallen ist aber mit dem Kupfer bzw. dem Zinn-Kupfer-Mischkristall ein Sl\elett h6herer Festigkeit vorhanden, das als Stiitzkorper fast unverandert hohe)' Festigkeit auch im Bereich hOchster Betriebstemperatul'en wirksam ist (Abb. 207), wahrend Festigkeit und Harte der Zinn- und Bleilagermetalle, wie die

Bleibronzen. 311

Warmhartekurven Abb. 16 (S. 18) ausweisen, im Bereich der Betriebstemperaturen eine:; Fahrzeugmotors schon einen groBen Abfall - yom kalten Zustand ausgehend - erlitten ha ben. Dieser AbfaH ist fur die WeiBmetalle typisch und erkliirt ihr Versagen in hochbelasteten Triebwerken mit relativ hohen Ar- 'kg/m;m,2

beitstemperaturen sowie die Notwendigkeit

80

des Ubergangs zu Legierungen mit einem GrundgefUge hohe1'e1' Warmfestigkeit, dem zur Sicherung vonEinlauf und Notlauf ein Metall aus der Gruppe

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langere Zeit erfoIgreichW ~t~~-~~ 10 ~~:~i ~,~~ ;g~ in Betrieb war, eine ';r' Pb-Bz 25 A 2[',07 1,12 73,81

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gegenuber dem Lager- Abb. 207. Warmhiirtekurven eini~er Blei- und Blei-Zinnbronzen

metall dunklere, har- im Bereich bis 250" C.

tere, nichtmetallisch wirkende Deckschicht, uber deren Entstehung und Aufbau verschiedene Hypothesen aufgestellt wurden 1. Diese Schicht wird infoIge ihrer Harte dem Eindringen kleiner Fremdkorper mehr Widerstand entgegensetzen als das Lagermetall selbst.

1 BOlden, F. P., D. Tabor: The Friction and Lubrication of Solids. Oxford 1950.


WeiBmetall und die hei WeiBl11etall beobachteten Deckschichten sind in bezug auf Einbettfiihigkeit viel entgegenkol11lllender als Kupferlegierungen und ihre Deck"chichten. Die Gefahr des ,,:Fre8sens" von Lager und Welle ist deshalb bei den Bronzen, auch den hochbleihaltigen, groBer und mu13 durch bessere Olfilter bekiimpft werden. Erleichternd fur den Abtransport der Fremdpartikel ,,-irkt das bei Hleibronze gegenlibel' WeiBmetall etwa doppelt so gro13e Lagerspiel und der dadurch bedingte groBere C)ldurchsatz, allerdings nur, ,,-enn mit dem Mehr an 01 nicht auch ein }Iehr an Schmutz verbunden ist. Dunne Blei-Zinn-Deckschichten auf Bleibronze, wie sie in einer Stiirke von 0,02 bis 0,05 mm zunehmend ublich werden!, kommen dem Wunsch nach Einbettfahigkeit entgegen, sind abel' durch die geringe Stiirke der Wei13metallschicht nicht so wirksam wie die dickeren Schichten der bisher ublichen WeiBmetallager. Diese Blei-Zinn-Deckschichten sind ein ausgezeichnetes Mittel, um eine Synthese der guten Lagereigenschaften von WeiBmetall und Bleibronze herbeizufiihren. Ein!auf, Kotlauf und Einbettfahigkeit werden verbe8sert, und VOl' aHem wird ein verschlei13arlller Hetrieb auch bei Paarung mit ungeharteten Zapfenoberflachen ermoglicht. Beim Dbergang vom Wei13metall- zum Bleibronzelager machte namlich del' Motorenbau die Erfahrung, daB vergiitete Kurbelwellenzapfen ohne Oberflachenhartung einem unerwunscht gro13en VerschleiB ausgesetzt wurden, und nur die Oberflachenhartung durch Flammen- odeI' 1nduktionserwarmung oder das Versticken (Nitrieren) Rchuf Abhilfe. Bei gro13eren Motoren wie Schiffsdieselmotoren, bei denen die Oberflachenhartung del' Zapfen sehr schwierig und aufwendig ist, hietet die Aufbringung dunner Blei-Zinnschichten auf Bleibronzelager mit Stiitzschale zur Zeit die vollkommenste Losung des sehr schwierigen Lagerproblems.

Die Wei13metall-Deckschicht hat noch eine zusiitzliche Bedeutung, namlich die des Korrosionsschutzes. Korrosion 'YlU in fruheren Jahren im Zusaml11enhang mit dem Betrieb von Gleitlagern fast unhekannt. Angriffe auf das Lagermetall durch organi8che Sauren im Schmierol wurden zunachst bei den geharteten Bleilagermetallen 2 und Rpiiter bei Kadmiumlagermetallen 3, schlieBlich auch bei Bleibronzen 4 gefunden. KoI'rosionsschwieI'igkeiten zeigten sich auch auf deutschen Dieselmotorpriifstiinden, wenn die Ole einen zu hohen Schwefelgehalt besaBen.

1 Erdmann, R.: Metalloberflache Bd. 3 (1949) S. A 38. - 2 Jakeman, C., G. Barr: B. X. F. M. R. A. Nr. 289 A Nov. 1931 Res. Xr.43. Ref. Engng. Bd. 138 (1982) S.200-208. - 3 Smart, C. F.: Metals Techn. Bd.5 (1988) XI'. 8, 13. S. T. P. 900. - Auszug Met. Ind., Lond., Bd. 52 (1938) S.520. - 4 Raymond, L.: Automob. Engl'. Bd. 38 (1943) S. 869-372. - Swartz, C. E.: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949. S.33-34. - Zuidema, H. H.: Oil and Gas Journal (1946) 23. II. und 2. III. - Livingstone, C. 1., IV. A. Gruse: S. A. E. Journal (Transactions) Bd. 50 (1942) S.487.

Bleibronzen. :313

Zur Bekampfung dieser Schwierigkeit wurden Deckschichten aus Blei und Indium (etwa 5% Indium) und spater Blei und Zinn (etwa 90/ 0

Zinn) galvanisch aufgetragen und durch Erwarmung auf 170 bis 200 0 C zu ausreichender Diffusion gebrachtl. Diese Schichten erwiesen sich -im Gegensatz zu Schichten aus reinem Blei -

keni als wirksame Mittel zur m'eh

Bekampfung del' Korrosion und im ubrigen -insbesondere bei den Bleibronzen - als hervorragende Mittel zur Verbesserung del' Einlauf- und Notlaufeigenschaften.

Die Bedeutung der W iirmeleitfiihigkeit del' Lagermetalle (Abb. 208) ist auch bei diinnen Lagermetallschichten in Verbundlagern von nicht zu unterschatzender Bedeutung, auch wenn, wie ublich, die Stutzschale und vor aHem del' Dbergang im Sitz von del' Stutzschale zum Lager. stuhl eine wesentlich schlechtere Leitfahigkeit besitzen. Temperaturspitz en konnen durch ortliche Unvollkommenheiten des Laufspiegels

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Abb. 208. Warmeleitfahigkeit einiger Lagel'metalle (Raisch, DYL).

und del' Schmierung in eng begrenzten Zonen spontan in groBer Hohe auftreten. Ausschmelzungen des Lagermetalls mussen dabei vermieden werden, da sie den Ausgangsort fur Zerstorungen des Ausgusses bilden konnen. Eine hohe Warmeleitfahigkeit ermoglicht im Lagermetall einen schnelleren Abbau solcher Temperaturspitzen, und darin sind Kupferlegierungen und besonders Bleibronzen ohne Zusatze, die im Kupfer in Losung gehen (mit Ausnahme von Silber!), den 'WeiBmetallen uberlegen, zumal der hohe Schmelzpunkt des Kupfers hohere Temperaturspitzen zulaBt. Andererseits lassen es die WeiBmetalle infolge ihrer

1 Schaefer, R. A.: Sleeve Bearing Materials. Cleveland 1949. S. 194-196.

20a

314 H. Mann: Legierungen mit Kupfer ala Hauptbestandteil.

hoheren Plastizitat weniger zur Ausbildung ortlicher "Druckstellen" kommen, so daB aus der Warmeleitfahigkeit allein keine Schlusse auf das Verhalten beim Auftreten ortlicher Uberhitzungen gezogen werden konnen. Unter gleichartigen Legierungen ist aber die hohere Warmeleitfahigkeit als Vorteil bei der Verwendung als Lagermetall anzusprechen.

Bezuglich der Fahigkeit zur Gewahrleistung einer guten Diffusionsbindung zwischen Lagermetall und Stutzschale ist die bei Bleibronzen erzielbare HartlOtung mit weichem FluBstahl nltturgemaB der zwischen WeiBmetall und Stahl erzielbaren Weichlotung uberlegen. Trotzdem ist fUr Dauerbruche in beiden Lagerausgussen ein Verlauf neb en bzw. auBerhalb der Diffusionszone typisch, so daB in keinem Fall die Bindungszone der Ort geringster Festigkeit und geringsten Zusammenhaltes zu sein braucht. Diese Frage ist allerdings in hochstem MaBe von der metallurgischen Vbllkommenheit der Bindungszone und damit von den Herstellungsbedingungen abhangig, daruber hinaus von der Dicke der Lagermetallschicht, und zwar in dem Sinne, daB dunnere Schichten bei Biegebeanspruchung infolge geringerer Spannungen weniger zum Abplatzen neigen als dicke Schichten. Zur Frage der Bindung der WeiBmet aIle mit Kupferlegierungen ist zu erwahnen, daB sie geringer ist als die Bindung mit weichem FluBstahl. Unter den Kupferlegierungen zeigen die RotguBsorten die hochste Bereitschaft zur Bindung, Bleibronzen bereiten gewisse Schwierigkeiten, ebenso Zinnbronzen, wenn auch die richtige Wahl der Temperatur und Zeit zu einer einwandfreien WeichlOtung fUhrt. Auf jeden Fall ist der Zinkgehalt im RotguB der Bindung mit WeiBmetallen auf Blei- und. Zinnbasis dienlich1.

AbschlieBend bringt Zahlentafel 11 und die heutige Fassung des neuen Entwurfs fur das DIN-Blatt 1716, Bleibronze, zusammenfassend Angaben uber die ublichen bezw. die nunmehr zur Normung vorgesehenen Blei- und Blei-Zinnbronzen. In Erganzung dazu bringen wir die neuen Entwurfe fUr DIN 1705, Blatt 1 und 2.

1 Halligan, P. T.: Foundry Trade Journal. 3. u. 10. Mai 1945.

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Gruppe

Blei-bronze

Blei-Zinn-

bronze


Bleibronze und Blei-Zinnbronze Yorschlag Juli 1952

DIN 1716 Benennung und Zusa.mmensetzung Blatt 1

Begriffe (siehe DIN 1719) Bleibronzen sind Legierungen, d!!3 mindestens 60 0/ 0 Kupfer und als Zusatz-metall uberwiegend Blei enthalten. Ublich sind Bleigehalte bis 20%, in Sonder-fallen bis 35 0/ 0•

B 1 e i -Z inn - B ron zen sind Legierungen aus Kupfer, Blei und Zinno Ublich sind Bleigehalte bis 20 0/ 0 und Zinngehalte bis 10 0/0 Bowie als weitere Legierungszusiitze Nickel und Zink.

Zusammensetzung ZuHissigeAb- Zuliissige H6chstmengen uu!(efiihr 0/0 weichungen in % an

'10 Benennung Kurszeichen

1 1 1 1 1 1 1 1 ~ ~ 1 eu Pb Sn Pb Sn Ni Zn Fe 8b +N ~+ w

I

251 +3

+" -1 0,1 0,71 Bleibronze 251 Pb Bz 25 !75 - -7 -

I I

I Blei-Zinnbronze 5 Pb Sn Bz5 83 5 10 ±2 ±1 1,0 1,0 0,7 0,5 -

--------------------

Blei- Pb Sn BzlO 77,5 10 10 ±2 ±1 1,5 1,0 0,710,5 Zinnbronze 10 -

----------------1--Blei- +3

Zinnbronze 15 Pb Sn Bz 15 72,5 15 i -- 2 ±1 2,;-; 3,0 0,7 0,.'5 -~

---------

2,5 ',0 I 0,1

-----

Blei- Pb Sn Bz22 67,5 22 _ +:l +0 0,5 Zinnbronze 22 b _ 4 -3

-

Die fur die Abnahme verbindliche chemische Prufung soil an angegossenen oder, falls das Angiel3en Schwierigkeiten macht, nach vorheriger Vereinbarung mit dem Besteller an getrennt gegossenen Probestucken vorgenommen werden. Die Gehaltsfeststellungen sind nach der neuesten Ausgabe der "Analyse der Metalle" des Chemiker-Fachausschusses des Metall und Erz e. V. vorzunehmen. Eigenschaften und Verwendung siehe DIN 1716, Blatt 2.

Der Abdruck 'heses Vorschlages zur Neu~estaltung von DIN 1716 erfolgt mit freundllcher (lenehmigung des Deutschen N ormenausschusses.

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Gul.!· Zlnn-bron-zen

Rot-guB

I

Bleibronzen. 317

Gn8-Zinnbronze und Botgn.B 3. Entwurf Ausgabe 1951

DIN HOi Benennung und ZUlIaIIlmensetzung Blatt 1

Begriffe (siehe DIN 1718) Bronzen sind Legierungen, die mlndestens 60% Kupfer und cin oder mehrere Zusatzmetalle - jedoch nlcht liberwiegend Zink - enthalten. Gul.l-Zinnbrouzen sind Legierungen aus Kupfer und Zinno Da sle meist mit Phosphor desoxydiert sind, werden sie oft als Zinn-Phosphorbronze bezeichnet. Rotgul.! sind Legierungen aus Kupfer, Zinn, Zink und gegebenenfalls Blei. Bezeichnung von Gul.!-Zinnbronze mit 90% Kupfer und 10% Zinn: GSuEz 10 DIN 1705.

Zusammen- Zuliissige Min· setzung Ab- dest- ZuIiissige Hiichstmengen

Benen- Kurz- ungefiihr weichungen ge- in % an: halt nung zeichen % % %

Ou Sn Zn Pb Cu Sn Ou

Pb Sb Fe Mn Bi Al Mg As Ni

+ Sn S .)

Gul.!· Zinn- GSnBz20

bronze 80 20 - - -2,0 +2.0 98,0 1,0 0,5 0,3 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5

20 i- - i---------------------------

Gul.!-Zinno GSnEz 14

bronze 86 14 - - ±l,O ±1,0 99,0 1,0 0,2 0,2 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5

14 - 1-------------

Gul.!-Zlnn- GSnBz 12 88 12 - - ±1,0 ±l,O 99,0 1,0 0,1 0,2 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5

bronze 12

- --Gull-Zinn- GSnBz10 90 10 - - ±l,O ±1,0 99,0 1,0 0,1 0,2 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5

bronze 10

Rot- Rg 10 86 10 4 - ±l,O ±l,O 95,0 1,5 0,3 0,3 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5 gul.!10

i-- - - ------I-

Rot- Rg 5 85 5 7 3 ±l,O +1,5 90,0 5,0 0,3 0,2 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5 gul.! 5

- i-- - -

Rot- Rg 4 93 4 2 1 ±l,O ±1,0 97,0 2,0 0,1 0,2 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5 guB 4

1---I---r-- - -- - --I-Rot- RgA 84 5 7 4 ±3,0 +3,0 85,0 6,0 0,4 0,4 0,2 0,01 0,01 0,01 0,05 0,15 0,5

guBA

.) Nickel 1st in allen Legierungen dem Kupfer zuzuzlehen. Gehaltsfeststellungen sind nach der neuesten Ausgabe der "Analyse der Metalle" des Ohemiker-Fachausschu.ses des Metall und Erz e. V. vorzllnehmen. Die ffir die Abnahme verbindliche chemische PrUfllng soll an angegossenen oder, falls das An-giel.!en Schwierlgkeiten macht, nach vorheriger Versicherung mit dem Besteller an getrennt gegossenen Probestlicken vorgenommen werden. Eigenschaften and Verwendung siehe DIN 1705, Blatt 2.

Der Abdruck dieses Vorschlages zur Neugestaltung von DIN 1705, Blatt 1 und Blatt 2, erfolgt mIt freundiicher Genehmigung des Deutschen N ormenausschusses.

Zn

Rest

Rest

I

Gruppe

GuLl· Zinno

bronzen

I

Rotgul3


GuB-Zinnbronze und RotguB 13. Entwurf Ausgabe 1951 DIN 1701)

Eigenschaften und Verwendung Blatt 2

Festigkeitswerte Streck· Zug· Deh· Brinell·

Benennung Kurz·

Richtlinien fiir die Verwendung grenze festig· nung harte

zcichen keit H 0"02

kg/r:,.m2

O"B 65 1O/1000/3( kg/mm' % kg/mm'

Glocken sowie Teile mit starkem Reibungs· GuLl·Zinn· druck, z. B. Spurlager, hochstbeanspruchte bronze 20 Verschleil3platten, Schie berspiegel. Bei SandguLl GSnBz 20 Schlag· und Stol3beanspruchung fiir dunn· 14-20 15-22 0- 1 170-200

wandige Teile nicht geeignet. Beim Einbau gute, satte Auflage erforderlieh.

Gul3-Zinn· Werkstoff von besonders guter Gleich· bronze 14 mal3lgkeit. Geeignet fiir hOher beanspruchte Sandgul3 GSnBz 14 Gleitlagerschalen, Schneckenkriinze und 14-17 20-25 3- 5 85-115

Schleuder· Schieberspiegel sowie Teile ffir Hochdruck· guLl GSnBz14S armaturen. 18-20 28-32 2- 3 105-130

GuLl·Zinn· Hochbeanspruchte Schnecken· und Schrau· bronze 12 benrader, unter Last bewegte Spindel· SandguLl GSnBz 12 muttern. 13-16 24-28 8-20 80- 95

Schleuder· Hochbeanspruchte, schneIlaufende Schnek· guLl GSnBz 12S kenrader, insbesondere ffir Kraftfahrzeuge 15-17 28-32 8-15 95-110

und Schlepperantriebe. - -------GuLl·Zinn·

Leit· und Laufrader Bowie Gehiiuse fiir Pumpen und Turbinen, saurebestandige

bronze 10 Armaturen, schnellaufende Schnecken· und SandguLl GSnBz 10 Zahnriider mit StoLlbeanspruchung. 12-15 22-28 15-20 60- 75

Schleuder· Schneckenradkriinze mit Stol3beanspruchun· guLl I GSnBz lOS gen und schwachen Zahnprofllen, Ventil· 14-16 30-32 12-20 80- 95

sitzringe.

RotguLllO Hoher beanspruchte Armaturen, Gleitlager· Sandgul3 RglO schalen, Biichsen, Schneckenriider mit 12-14 20-28 10-18 65- 90 Schleuder niedrigen Gleitgeschwindigkeiten, Schiffs·

gul3 RglOS wellenbeziige. 16-]7 27-30 8-10 85- m; ----------Armaturen fiir Wasser und Dampf bis

Rotgul3 5 200' C, Lokomotiv·Lagerschalen und Gleit· Sandgul3 Rg 5 platten, mittelbeanspruchte Gleitlager. 8-10 15-24 10-18 60- 80

Schleuder· Normal· und hochbeanspruchte Gleitlager, guLl Rg 5S Schiffswellenbeziige, Schleifringe, Ventil· 10-]4 2:;-30 12-20 75- 85

sitzringe. ----------Rotgul3 4 Rohrflansche, Bordringe nud andere hart Sandgull Rg 4 zu lotende Teile. 6- 7 20-25 25-30

Rotgul3 fiir Maschinenteile und Gleltlager, Rotgul3 A bei denen die Lagerung von Stahlwellen in. Sandgul3 RgA Stahl oder Gulleisen vermieden werden soli, 8-12 15-20 6-15

z. B. Lager fiir Winden, Flaschenziige und Handkrane. Schalthebellagerungen an Ma· schinen.

Die ffir die Abnahme verbindliche mechanische Priifung soIl an angegossenen oder, wenn das An· giellen Schwierigkeiten macht, nach vorherigerVereinbarung mit dem Besteller an getrennt gegossenen Staben vorgenommen werden. Fiir Probestabe soIl der kurze Normalstab oder der kurze Proportionalstab nach DIN 1005, Blatt 2, und zwar beide rund oder flach, gewiihlt werden. Die Dicke der.Probestiicke, aus denen die Probe· stiibe herausgearbeitet werden, soll sich der Wanddicke der GuIlstiicke anpassen. Die BrineIlhiirte ist mit einer Kugel von 10 mm Durchmesser und 1000 kg Belastung bei 30 Sekunden Druckdauer als Durchschnittswert aus 6 Prufungen an moglichst verschieden gelegenen Stellen des GuBstiickes nach DIN 50 351 festzustellen. Die angegebenen Leistungszahlen gelten fiir Gullstiicke mit Wandstarken bis zu 25 mm. Es darf nieht voransgesetzt werden, daJJ ein Gul3stiick an allen Stellen die an den Probek6rpern ermittelten Eigenschaften besitzt. Ffir Gewichtsberechnungen ist als ~Iittelwert 8,6 kg/dm' anzunehmen. Chemische Zusammensetzung und zuliis3ige Beimengungen siehe DIN 1705, Blatt 1. Bei Abnahme mussen die Kleinstwerte erreicht werden.

Der Abdruck dleses Vorschlages zur Neugestaltung von DIN 1705, Blatt 1 und Blatt 2, erfolgt mit freundlicher Genehmigung ties Deutschen Normenausschusses.

50- 65

60- 80

H. Sintermetalle. Von Dr. H. Wiemer, MehlemjRhld.

Mit 33 Abbildungen.

1. Entwicklungsgeschichte. Nach R. Kieffer und K. Wankel sind die altesten Metallurgen in

allen Kulturstaaten der Welt wahrscheinlich zuerst Sinter-Metallurgen gewesen, bis es ihnen gelang, die zur Verflussigung der Gebrauchsmetalle erforderlichen Temperaturen zu erreichen.

Wir kennen gesinterte Schmuckstucke aus Platin, Gold und Kupfer von den Inkas. Noch heute steht im Tempel der Kuwatul-Islam-Moschee in Delhi in Indien eine 6000 kg schwere Saule von 400 mm Durchmesser und einer Hahe von 7 m, die wahrscheinlich im 4. Jahrhundert unserer Zeitrechnung aus Luppen-Eisen - in der Sprache des modernen PulverMetallurgen aus sehr grobkarnigem Eisenschwammpulver - zusammengeschweiBt bzw. gesintert wurde. DaB die beruhmten DamaszenerKlingen in ahnlicher Fertigungstechnik hergestellt wurden, sei ebenfalls erwahnt.

In neuerer Zeit gewann die Pulvermetallurgie zuerst wieder Bedeutung fur die Rein-Darstellung hochschmelzender Metalle (Platin urn 1810, Wolfram und Molybdan 1900-1910). Es lag nahe, nach dieser Verfahrenstechnikauch porase metallische Werkstoffe herzustellen. So wurde nach F. Eisenkolb 2 bereits im Jahre 1908 in einer Patentschrift von V. Lowendahl (DRP. 208752) unter anderem auch der Gedanke an porase Metall-Lager festgelegt.

Solche Lager fanden dann etwa vom Jahre 1930 an zunachst als porase, olgetrankte Bronzelager mit selbstschmierenden Eigenschaften und seit 1938 auch als Sintereisenlager, vornehmlich in Nordamerika, Deutschland und England, sehr schnell Eingang in die Technik.

2. Aufhau, physikalische und mechauische Eigenschaften.

a) Allgemeine Angaben. 1m Vergleich zu den schmelzmetallurgisch hergestellten Werkstoffen werden die mechanischen Eigenschaften

1 Kieffer, R u. K. Wanke: Einfiihrung in die Pulver.Metaliurgie, Druck Heinrich Stiasny's Sohne, Graz 1949, S.7.

2 Eisenkolb, F.: Arch. Metallkde. 1 (1947) S.345/52.

320 H. Wiemer: Sintermetalle.

gesinterter Metalle zuslitzlich sehr stark von del' Dichte, also yom aufgewandten PreBdruck bestimmt.

Porose Sinterlager mit 20-30% Poren sind verhaItnismaBig stark porose Werkstoffe. Ihre Festigkeits-Eigenschaften liegen demnach erheblich un tel' den entsprechenden Werten erschmolzener Metalle und Legierungen. Hesonders nachteilig wirkt sich die Poro.<>itat auf die Dehnung aus, wie im folgenden an Hand yon Zahlenbeispielen noch naher ausgefiihrt wird.

Als Sinterwerkstoffe fiir Lager stehen heute neben einer Vielzahl weiterer Legierungstypen, die allerdings zumeist auch Kupfer odeI' Eisen als Hauptbestandteile enthalten, Bronze und Eisen im Vordergrund.

b) Pc,rose Bronzelager. Zinnbronzelager enthalten durchweg 8-10% Zinno Nach dem Zustandsdiagramm Kupfer-Zinn miiBten solche Lager ausschlieBlich aus Mischkristallen bestehen. Das ist auch mit Sicherheit del' Fall, wenn Legierungspulver verwendet werden, die tiber den Schmelz fluB hergestellt wurden.

Wird abel' von Mischungen aus Kupfer und Zinnpulver ausgegangen, so braucht die erst bei del' Sinterung erfolgende Legierungsbildung nicht bis zum thermodynamischen Gleichgewicht abzulaufen. Es bereitet sogar Schwierigkeiten, die Legierungsbildung unter Erhaltung del' gewiinschten Porositat und FormhaItigkeit wahrend del' Sinterung so weit zu treiben. Sinterbronzelager aus Mischungen von Kupfer und Zinnpulver konnen somit oc-Mischkristalle enthalten, deren Zinngehalt geringer ist, als es das Zustandsdiagramm gemaB del' Gesamtkonzentration verlangt. Daneben konnen noch zinnfreie Kupfer-Partikelchen vorhanden sein und oc + <5-Eutektoid, welches im Gleichgewichtsfall erst bei Zinngehalten tiber,..., 13 0/ 0 Zinn gebildet werden kann und dann - von del' Kupferseite her gesehen - nul' neben gesattigten oc-Mischkristallen auftritt. Das Eutektoid ist bedeutend harter als oc-Mischkristalle und reines Kupfer.

Gleitlager, die aus einer weichen Grundmasse mit Einlagerungen harter Bestandteile bestehen, eignen sich nach A. Eichinger! besonders gut bei hohen Gleitgeschwindigkeiten und unvermeidlichen Kantenpressungen, da sie die notige Tragfahigkeit mit einer bildsamen Nachgiebigkeit im FaIle ortlicher Spannungsspitzen ohne eine zurtickbleibende Kalthartung vereinigen. Sie werden zweckmaBig in Verbindung mit moglichst harter Welle von hoher Oberflachengtite und einem fltissigen Schmiermittel verwendet. Demnach ist ein unhomogen gesintertes Geftige bei Zinn-Bronzelagern fiil' die Laufeigenschaften gtinstig.

1 Eichi1l{Jer, A.: Mitt. K.-Wilh.-Inst. Eisenforschg. 23 (1941) S.247/66.

Aufbau, physikalische und mechanische Eigenschaften. 321

Neben rein en Zinnbronzelagern werden a uch solche mit Graphitzusatzen hergestellt. Del' Graphitgehalt ist je nach den beabsichtigten Eigenschaften sehr unterschiedlich und kann 1-10% betragen. Es ist grundsiitzlich zu unterscheiden zwischen Bronzelagern mit geringen Graphitzusatzen bis zu etwa 3 0/ 0 und solchen mit hohern Graphitgehalten. Kleine Graphitgehalte haben den Zweck, die noch vornehmlich durch den Olgehalt und eventuelle Zusatzschmierung bedingten Gleiteigenschaften des Sinterlagers zu verbessern. Die Welle bekommt durch solche J~ager

einen dunnen Graphittiberzug. Dadurch wird eine zusiitzliche Gliittung del' Wellenoherfliiche hewirkt, die eine besondere Diimpfung und damit eine weitere Geriiuschminderung del' Lagerung ermoglicht. Gleichzeitig wird del' sehr dunne Schmierfilm graphitfreier Lager

Mischkristalle neben hellen. zinnreichen Mischkristallen, die als hellgrauen G efiigebcstandteil a - + IJ - Eutcktoid enthalten.

durch die Anteigung mit Graphit etwas verstiirkt, womit die Moglichkeit gegeben ist, das Lagerspiel groDer zu wiihlen, als das bei graphitfreien Lagern del' Fall ist. Diesel' positiven Bewertung kleiner Graphitzusiitze zu Bronzelagern stehen im Schrifttum abel' auch scharf ahlehnende Ansichten gegenuber. So schreibt die Chrysler Corporation in ihrem Oilite-Katalog von 1949 1 ; "Unc,ere Sinterhronzelager enthalten keinen Graphit. Graphit ist als Schmiermittel in olgetrankten Lagern ungeeignet. Es wird zuweilen lediglich aus Ersparnisgrunden zugesetzt. Dabei werden abel' hochwertige physikalische Eigenschaften und die

1 Chrysler Corporation, Oilite-Katalog B. 44 (1949).

21 Kuhnel, Gleitlager. 2. Auf!.

322 H. W ierner: Sintermetalle.

unbedingt sichere Arbeibiweise des Lagers geopfert. Schon geringe Graphitgehalte behindern den OlfluB, yerursachen Verharzung des Oles und bedingen damit kostspielige Betriebsstorungen." Derartige Gefahren werden nicht durch den Graphitzusatz yerursacht, Hondern durch die Verwendung ungeeigneter Trank- und Schmierole, deren schlechte Eigem;chaften durch die Anwesenheit yon Graphit in ihrer Auswirkung nur noch yerstiirkt werden. Solche Fehler kiinnen fiolllit genau so gut bei graphitfreien Lagern auftreten. Graphitzusiitze bedingen allerdings eine Verringerung der Festigkeit des Metallyerbande:,;, da uherall dort, wo Graphitpartikelchen eingelagert sind, die wiihrend der Sinterung auftretende Verfestigung durch Kristalli:-;ationsvorgiinge 1

nicht wirksam werden kann. Dieser Kachteil kann in den meisten }i'iiUen durch ausreichende Wandstiirken der Lager ausgeglichen werden und steht in keinem Verhitltnis zu den erfahrungsmaBig gegehenen Vorteilen graphithaltiger Bronzelager.

Sinterbronzelager mit erheblich huheren Graphitgehalten als 3 % werden yomehmlich unter solchen Hetriebsbedingungen einge~.etzt,

unter denen eine Olschmierung allein oder uberhaupt nicht mehr ausreichend ist. Dem :i\lLchteil einer geringen Festigl(eit, insheR(mdere Zithigkeit, steht der Vorteil hoher Temperaturbestiindigkeit gegenUber. Solche Sinterlager enthalten hiiufig neben ihrem hohen Graphitgehalt auch noch merkliche Hleizusatze als weiteres Schmiermittel bei hohen Temperaturen.

mei ist uberhaupt ein sehr beliebtes Legierungcelement in Sinterlagem, da man es pulvermetallurgisch im Gegemmtz zur Schmelzmetallurgie sowohl in Kupfer wie in Eif'en ohne besondere Schwierigkeiten in feinster Verteilung einbringen kann.

Auch in Sintermetall-Lagem wirken Hleizusiitze reibungsyermindemd. Sie setzen allerdings die Festigkeit etwaH herab, so daB Sinterlager mit hohen Hleizusatzen, die besonders gum;tige Gleiteigenschaften aufweisen, fUr hohe Belastungen nicht ohne wei teres geeignet "ind. W. H. Tait 2 gibt m1chfolgend einige bewiihrte Zmammem:etzungen:

Geringer Bleigchalt Mittlerc!" llleigehalt Hoher Blcigehalt

Kupfer "10 82,5-88,5 79-85 60-66 Zinn "10 9,5-10,5 7-10 6- 9 Blei "10 2,0- 4,0 7-10 25-33 Graphit "/0 1,5 max 1,0 max 0

Bleihronze-Sinterlager mit Bleigehalten bis zu 30 oder auch 35% werden heute mit Erfolg verwendet.

1 Huttig, G. F.: Arch. Metallkde. 2 (1948) S.93/99. 2 Tait, W. H.: Symposium on Powder-Metallurgy, Special Report Nr.38

(1947) S. 157/61.


Die Gefiigeausbildung einiger Sinterbronzelager-Werkstoffe sind in den Abb. 209-212 wiedergegeben. Kennzeichnende physikalische und mechanische Eigenschaften sind in Zahlentafell zuwmmengestellt.

c) Porose Eisenlager. Die technische Entwicklung nicht nur in Deutschland, sondern wohl im gleichen MaBe in U.S.A., fiihrte kurz

Zahlentafel 1. Physikalische und mechanische Eigenschaften von Sinterbronzelagern.

Dichte Olaufnahme Zug- Druck·

LagermetaIl Volumnen- festigkeit festigkeit g/cm' '/, kg/mm' kg/cm'

1 2 3 4 5

Sinterbronze "Oilite"l ohne Graphit 6,0 30 9 n. b.

Sinterbronze I "MK-B"2

ohne Gra phit 6,4-6,5 25-20 6-7 20000

Sinterbronze "Compo"3 m. 1,5 Graphit 6,3 27 8 4900

Sinterbronze "MK-Z"2 mit Graphit 6,2-6,3 23-20 4-5 5800

Bleibronze "MK_L"2 ohne Graphit 6,4-6,5 25-27 6-7 3700

Bleibronze 6,8-7,0 I "MK-O"2 mit Graphit 15-10 n. b. 2200

Sinterbronze "Porit"4 5500-

ohne u. m. Graph. 6,2-6,4 18-22 10-12 5600 1 Chry.ler: Zit,. S. 321. , Ringsdorff-MK-Lager, Druckschrift MK 143_ 3 Bound Brook Bearings (G_ B.) Ltd. Druckschrift Compo-Lager . • Druckschrift, Sintermetallwerk Krebsoge.

Dehnung Brinellhiirte '/, kg/mm'

6 7

5 20

n. b. 40-45

n. b. 25

n. b. 40-41)

n. b. 35-40

n. b. 35-40

5 35-45

vor und im verstarkten MaBe wahrend des letzten Krieges, aber auch weiter in der Nachkriegszeit zu einem Ubergang von Sinterbronze- auf Sintereisenlager. Neben der Tatsache, daB EiEenpulver erheblich billiger als Kupfer-, Zinn- und Bronzepulver ist, wurde diese Entwicklung dadurch begiinstigt, daB Sintereisenlager gegeniiber Sinterbronzelagern bei nahezu gleichwertigen Lauf- und Notlaufeigenschaften eine

21*


hahere Festigkeit aufweisen und bei den meisten Anwendungsgebieten den Sinterbronzelagern gegentiber keinerlei Nachteile zeigen.

Hente werden reine Sintereisenlager ohne sonstige metallische Zusatze und auch ohne Gntphitbeimengung bevorzugt, wiihrend mwh

E. Rohdel urspriinghch die An,;icht vorherrschte, daB man mi tEisenpulvel' allein nicht ZUlll Edolg kOlllmen kanne und deshalb zun iichst bis zu 20% Kupfer oder his zu 13 % Hlei zusetzte. NachE.Roh(Zel

kannen Bleigeha.lte zwischen :2 und 3 %

illl Gegensatz zu entsprechenden KupferzusiHzen die Gleiteigenschaften des Sintereisenhtgers erheblich Yerbessel'll.

Nach den neue,;ten Schrifttulllsangaben diirften abel' Kupferzu,;iitze zwischen 5 und 25% fUr die weitere Entwicklung des Sintereisenlager,; im Hinblick auf hahere Belastbarkeit

Abh.212. BleilJronze mit geringem Blei~ unrl hohcm Graphit· Gehalt. Der Gmphit ist holl- und <las BIoi <lunkclgrau . und Umfangsge-

schwindigkeit von erheblicher Bedeutung sein . Umfangreiche Untersuchungsergebnisse tiber den EinfluB vel'schieden hoher Kupfergehalte in Sintereisen auf die physikalischen und technologischen Eigenschaften solcher Sinterwerkstoffe wurden von L. Northcott und C. J. Leadbeater2 und von R. Cheadwich, E. R. Broadfield und S. F. Pugh3 bekanntgegeben. Zahlentafel2 bringt einige Ergebnisse aus den Versuchen von Northcott und

1 Rohde, E .: Z. VDI. 85 (1941) S. 834/36. 2 Northcott, L. u. C. J. Lead-beater: SymposiumonPowder.Metallurgy, Special Report Nr. 38 (1947) S.142/50. -3 Cheadwich, R., E. R. Roadjield u. S. F . Pugh: Symposium on PowderMetallurgy, Special Report, Nr. 38 (1947) S. 151/57.

Aufhau, physikalische und mechanische Eigenschaften. 325

Zahlentafel 2. Der Einfluf3 von Kupferzusiitzen auf die physikalischen und mechani· schen Eigenschaften von porosen Sintereisen (nach L. Northcott und C. J. Leadbeater).

Kupfer Dichte

I Porositiit

I Zugfestigkeit

Vickers-Harte '10 g/cln3 '10 kg/mm'

0 6,10 22,52 15,3 41,8

4,76 6.4:3 18,n 28,8 74,4

9,19 6,40 19,57 42,4 110

14,57 6,76 15,67 45,7 125

19,32 7,09 11,98 45.3 137

2:1,08 7,47 7,69 51,9 170

~ 30 7,40 9,31 26,4 133

~ 35 7,08 I 13,86 22,7 134

Zahlentafel :3. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Sintereisen ohne Zusatz von Kohlenstott.

I Dichte i()laUfnahme I Zug~ Druck-Lagcrmetall fcstigkeit festigkcit

g/cm3 Volum.·O/o kg/nlln2 kg/cm2.

1 2 :1 4 5

8interweicheisen 6,0 27--25 I 10-12 5000-eOOO

Sintereisen mit Bleizusatz Presskb1 ...... 5,5 25-20 12-15 3000

Sintereisen mit 5 % Blei2 ••••• 6,0 n. h. 7,0 n. h.

Sintereisen mit

I Kupferzusatz Super-Oilite3 .• 6,1 25 21 n. h.

Sintereisen mit 5"10 Kupfer Compo3 ••.•.•• 5,5 32 8,0 9800

Sintereisen mit

I 10"10 Kupfer2 •• 6,4 n. h. 16,1 n. h'

1 Hoekler, M.: Dcmag-Nachr. 14 (1940), S.29/53. , Unkel, 1/.: Arch. Eisenhiittenw. 18 (1943/44), S. 125/30. 'Bound Brook Bearings (G. E.) Ltd. Druckschrift Compo-Lager.

Dchnung Brinell-

hiirte '10 kgjmrn2

tl 7

4-6 35-45

n. h. 40-60

n. b. 57

1 45

n. h. 25-40

I n. b. 53

326 H. Wiemel": Sintermetalle.

Leadbcaterl, wonach Kupfel'zusiUze bis zu etmt 2;5% die Festigkeit und die Hiirte des Wel'kstoffes lUll llI ehl' als das Dreifache zu steigem verlllogen. Abb. 213 zeigt den Gefiigeaufbau eines Sintereisens mit 25 %

Kupfer nach 4-stiindiger Sinterung bei 1l00 °. Unter diesen Sinterbedingungen ha t eine Diffusion stattgefunden, bei del' die Eisenteilchen stark abgerundet wurden . W. H . Tait 2 glaubt, daB kupferhaltige Sintereisenlager die rein en Sintereisenlager verdriingen werden. Hesonders

Abb. 21:l. Sintereiscn mit 25% Cu. (naeh L . Northcott u. C. J. Leadbeater).

guteErgebnisse hctben solche Lager 130-

wahl in Deutschland wie auch in U. S. A . bei hohen Flilchen driicken undgeringen Gleitgeschwindigkeiten erbracht. So stellt di e Chrysler-Corporation 3 ein "SuperOilite"-Lageralls Sintereisen mit Kupferzllsaiz her, das hei ruhender Belastung einen F lachendrllck

bis zu ;2000 kg/cm 2 aushalten solI. Das "Super-Oilite 16" -Lager del' gleichen Firma soil bei ruhender Helastung sagar fiir FHichendriicke yon mehr als 7000 kg/cm2 geeignet sein. Physikalische und mechanische Eigensch11ftswerte verschiedener Sintereisenlagerqualitaten gibt Zahlentafel 3 wieder. Die Abb . 214 und 215 zeigen die Gefiigeausbildung von Sinterei:oenlagern hei Kcrngrenzen- und Kornflacheniltzung.

Zahlentafel4. Del" EinflufJ del" Sintertemperatur auf die Anteile an freiem und gebundenem Kohlenstotf und deren EinflufJ auf die technologischen Eigenschaften bei

Sintereisen mit Graphitzusatz (nach H . Wiemer und W. A. Fischer ).

C-frei C-geb. Diehte Zug-

Dchnllng

I Brine ll-

Sintertemperatur fcstigkeit hiirt.e (Graphit) (Eisenkarbid) g!cm 3 kgjmm 2 0, kgjlllm 2 ,0

1 2 3 4 ;, 6 7

1000" 0,88 0.05 5,75 2,a 1,0 29 ----

105O" 0,81 0,35 5,75 4,8 1,5 34

1l00° 0,14 0,50 5,75 10,00 2,5 52

1200 ° < 0,1 0,8 6,0 30 I :~,O 95

1 Northcott L . u. C. J. Leadbeater : Zit. S. 324. - 2 Tait: Zit. S.322. -~ Chrysler : Zit. S.321.


Wahrend del' Graphit in Sinterbronzelagern durch die Sinterung keinerlei VeI'andeI'ung erfahrt, besteht bei del' Sinterung von EisenpulverpreBlingen mit Graphitzusatz die M6glichkeit, je nach del' Flihrung des Sinterprozesses den Graphit als solchen zu erhalten odeI' ihn ganz odeI' teilweise in Eisenkarbid zu liberfiihren. E s lassen sich somit Sintereisen-lager mit einer ferri-

tisch-graphitischen odeI' mit einer ferriti;;ch - perlitisch - graphitischen, dem GuBeisen odeI' einer ferri tisch -perlitischen bzw. rein perlitischen, dem Stahl iihnlichen

Gefiigea us bild ung herstellen. Zahlentafel 4 bringt nach Versuchen von H. Wiemer und W. A. Fischer l eine Zusammenstellung, die erkennen liiBt, in welchem MaBe die Anteile an Graphit und Eisenkarbid durch verschiedenartige Sinterbedingungen verschoben

Abb. 214 und 215. Gefiigeausbildung cines Sintereiseniagers bei Korngrenr.en und -fHichenlitzung mit feinem Kanalsystem durchs ganze Lager. (Aus Ringsdorff-MK-Lager, Druckschrift MK 143.)

werden k6nnen, und zeigt deren weiteren EinfluB auf die technologischen Eigenschaften kohlenstoffhaltiger Sintereisenlager.

Die Abb. 216 bis 219 geben die entsprechenden Gefiige wieder. Es laBt sich somit auch bei Sintereisenlagern, ahnlich wie bei Sinterbronzelagern, eine Zusatzschmierung durch Graphiteinlagerung erzielen. In engel' Parallele zu den Sinterbronzelagern mit rx. + b-Eutektoid ist auch zur Erh6hung del' Tragfahigkeit die Einlagerung harter Perlit-

1 Wiemer, H. u. W. A.Fischer: Arch. Eisenhiittenw. 19 (1948) S.125/35.

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Aufbau, physikalische und mechanische Eigenschaften. 329-

lameHen in eine bedeutend weichere ferritische Grundmasse moglich, wobei das Verhaltnis zwischen Ferrit, Graphit und Perlit in engen Grenzen eingehalten werden kann. Eine technische Bedeutung haben solche Sinterlager bisher noch nicht erreicht. Da die Wunsche der Verbraucher auf immer groBere Flachenbelastbarkeit hinzielen, ist in Cbereinstimmung mit R. Kieffer und W. Hotopl, moglicherweise in Verbindung mit einer Nitrierung oder Aufschwefelung in dieser Richtung die weitere Entwicklung der Sintereisenlager zu vermuten.

Zahlentafel5. EinflufJ einer Sauerstoffbehandlung vor der Sinterung auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Sintereisenwerkstoffen ohne Kohlen

stoffzusatz (nach H Wiemer und R. Hanebuth).

Dichte I Zug-Dehnung

Schlag- Brinell-Olaufnahme

Sintereisenlager festigkeit biegearbeit hiirte g/cm'

I kg/mm' 0/0 em kg/em' kg/mm! Gew.-%

1 2 3 4 5 6 7

normal ....... 5,7 I 4,1 0,8 0,27 27 3,1

voroxydiert ... 5,5 I 7,6 I 2,9 I 0,46 I 31 3,2

Ein anderer V orschlag zur Erzielung besonders harter und verschleiBfester Lager wurde von F. V. Lenel2 gemacht. Lenel setzte graphitfreie oder auch graphithaltige, porose Sintereisenlager in einem geschlossenen Behalter bei etwa 580 0 einer Wasserdampfbehandlung aus, wobei die Porenwandungen vornehmlich zu Eisenoxyduloxyd (Fe30 4) oxydiert wurden. Diese Oxydation kommt nach etwa einer Stunde zum Stillstand, da die gebildeten Oxydul-Oxydschichten das darunter liegende MetaH vor weiterem Angriff schutzen. Je nach der Ausgangsporositat wurden bei dieser Behandlung zwischen 2 und 12% Sauerstoff aufgenommen. Durch eine solche Wasserdampfbehandlung wird die Harte und FlieBgrenze des Sintereisens, aHerdings bei etwa 15-prozentiger Abnahme der Zugfestigkeit, erheblich verbesEert. Nach Untersuchungen von H. Wiemer und R. Hanebuth 3 laBt sich die Zahigkeit kohlenstofffreier Sintereisenlager durch eine Sauerstoffbehandlung vor der reduzierenden Sinterung deutlich erhohen, ohne daB Harte, Dichte und Porenraum merklich beeinfluBt werden, wie aus der GegenubersteHung in Zahlentafel 5 zu ersehen ist. Vergleichende PrUfstandsversuche, die zahlenmaBige Unterlagen daruber zu geben vermogen, in welchem MaBe durch eine derartige Vorbehandlung die Belastbarkeit von Sinter-

1 Kieffer, R. u. W. Hotop: Sintereisen und Sinterstahl, Wien: Springer-Verlag (1948) S.344.

2 Lenel, F. V.: Iron-Age 148 (1941) S.29/35 u. 100. S. Wiemer, H.: Stahl u. Eisen 62 (1942) S.800/01.

3 Wiemer, H. u. R. Hanebuth: Arch. Metallk. 3 (1949) S. 129/32.

330 H. /l'iemer: Sintermetallc.

eiRenlagern wei tel' ge~teigert werden bum, "tehen noch aus. Die zuletzt angeflihrten Arheiten "ind hier en,·iihnt worden, um darzulegen, welche Entwid::lung~l1li)glichke;ten heute fiir das porose Sinterei,enlager ahzusehen ~ind.

d) Poriise J~('ichtmetall-Lag·er. Nach F. Eisenkolb 1 haben auch Sinterlager auf Leichtmetallbasis gute Aussichten auf Einfiihrung. Es ,\'ird angenommen, daB die giinstigen Laufeigenschaften del' LeichtmetallguBlagerlegierungen und del'en gute vViil'meleitfahigkeit auch bei Sinterlagern yorteilhaft sind. Bei yergleichenden l'ntersuchungen yerschiedener Sinterlagerwerkstoffe wurden yon G. Wassermann und R.Weber 2 mit Sinterlagern aus Aluminium mit 6-9% A.l3Fe hz,\,. lrio/ ° Ph sehr hohe Belat;tungen erzielt.

Zahlentafe16. Physikalische und rnechanische Eigenschaften hochverdichteter KupferGraphit- bzw. Eisen-Graphit-Lagerwerkstoffe (nach R_ Kieffer und TI'- Hotop).

Eigenschaften Kupfcr-Gmphit Eiscn-Graphit W cichkupft'r i

(5-6% C (5-6'10 C) ZUlU Yergleich

1 2 3 .j

Dichte g/cm3 ctwa ................ 7,5 6,8 8,n

Elektrisehe Leitfiihigkeit m/ Q mm2 •• Ii -19 3 • -0 48 1)6

\riirmelcitfiihigkeit cal/cm2/sec. ..... 0,186-0,192 0,093-0,095 0,£0

Bruchfestigkeit kg/em2 ............ 500-1000 800-1500 n. b.

Brinellhartc kg/mm2 (2,5/18i,5) ..... eo-so £0-120 I 60-100

, WI\: 350 <ier FUrstIich Hohcnzol1crnschen HUttenverwaltunj:( Laucherthal (Hohcnzollern).

Die Chrysler-Corporation3 fertigt Aluminiumsinterlager. Sie sollen iihnliche Eigenschaften wie die Sinterhronzelager aufwei"en. ~iLhere

Angahen werden nicht gemacht. AI" ihr Hauptvorteil wird die durch die Verwendung von Aluminium bedingte Gewichtsersparnis hen-orgehoben.

e) Hochverdichtete Sinterlager. Bisher wurden a usschlieBlich porose Sinterlager hesprochen. Xach R. Kieffer und W. Hotop4 haben sich fiir geringe Gleitgeschwindigkeiten und unterhrochene Bewegungen auch massiYe, druckgesinterte Lager aus Kupfer-Graphit und Eisen-Graphit

1 Eisenkolb: Zit. S. 319. 2 Wassermann, G. u. R. Weber: MetalhL 22 (1943) S_ 201/06. 3 Chrysler.- Zit. S. 321. 4 Kieffer, R. u. Ir. Hotop: Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe, Berlin:

Springer (194:J) S. 343ff. - Sintercisen und Sinterstahl, Wien: Springer S.363f[

Aufbau, physikalische und mechanische Eigenschaften. 3:31

mit geringen Legierungszusatzen bewahrt. Den Kupfer-Graphit-Lagern kannZinn, Zink und Hlei zugesetzt werden, und bei Eisen-GraphitL'1gern ist ein Zusatz von Kupfer, Blei, Zinn und Zink moglich. Die jeweiligen Ge~amtzusatze konnen zwischen 1 und 200 / 0 betragen. In Zahlentafel 6 sind einige physikalische und mechanische Daten solcher Werkstoffe zusammengestellt. Eine teilweise Umsetzung des Graphits zu Eisenkarbid in Eisengraphitsinterlagern bewirkt auch hier wiedel' eine wesentliche Zunahme del' Festigkeit und Harte und eine gemaB den Ausfuhrungen von A. Eichinger! fur Gleitlager bewnders giinstige Gefiigeausbildung. Abb. 220 zeigt die Gefugeausbildung eines hochverdichteten Sinterlangers aus Kupfer-Graphit.

Die schmiertech-nische Wirkung diesel' Lagerwerkstoffe beruht darauf, daB sich nach kurzer Einlaufzeit die Lagerwelle iihnlich wie bei den porosen olgetriinkten gra phi tha1tigen Lugern mit einern dunnen, z usammenhiingenden

Graphitfi1m iiberzieht, der wie ein kontinuier-1icher Olfilm eine einwandfreie Schmierung bewirkt. Die Verfasser heben die guten Notlaufeigenschaften die-

Aub. 2iO. Gefiige eines hochvcftlichteten Sinter lagers, Kupfcr-Graphit 6,1% C (nach R. Kieffer u. W. Hotop) .

sel' Werkstoffe hervor. Sie sollen auch bei tiefsten Temperaturen unmitte1bar bei Inbetriebnahme des Lagers ein einwandfreies Gleitverfahren gewahrleisten . Derartige Lager konnen ganz ohne 01 arbeiten.

Eine Weiterentwick1ung se1bstschmierender, hochverdichteter Sintermetall-L<lger steUt nach Schrifttumsangaben von H. Winkelmann 2 das Deva-Meta1l 3 dar. Es soIl sich durch besonders hohe Gehalte an kolloida1em Graphit in gIeichmaBiger Verteilung auszeichnen. Die Hauptmetallkomponenten sind Kupfer, Eisen, Zinn, Zink und BIei. Del' Werkstoff ist bisher fur die Herstellung von KoIben-TragIagern sowie anderen G1eit1agern, ferner fiir Abdichtungselemente von Lokomotiv-

1 Eichinger: Zit. S. 320. 2 Winkelmann, H.: Metall 4 (1950) S.504/05; Hansa 87 (1950) S.1506/07.

Deutsche Patentanmeldung A.G. fur Bergbau u. Hiittenbedarf vom 23. 1. 1950. 3 Deventer-Werke GmbH., Hamburg 11.


Dampfmaschinen und StopfbHchsen aller Art und auch zu Kolbenringen verwendet worden. Seine Vorziige "ollen VOl' allem in del' groBen Anpassungsfiibigkeit in bezng auf die mechani,whe und thel'mische Beanspl'uchung sowie in der auch illl Dnllel'betrieb erhalten hleibenden groBen Schlllierfiihigkeit liegen. DaB del' neue Werkstoff auch eine gllte mechanische Festigkeit besitzt, soIl Rich bei Abriebme"sungen an KolbenRtangen von LokolllOti ven gezeigt hahen. Die Zugfestigkeit kalUl zwischen 10 und 215 kgjll1ln2 dem jeweiligen Verwendllng~zweck angepnHt werden. Die Brinellhiirte ist zwischen HO und 130 kg-1l111l2 veriinderlich.

In USA 1 werden fiiI' hohe Temperaturen und hochste Gleitgeschwindigl(eiten heiB gepI'eHte Sinterlager verwendet, die ii.hnlich dem HaI'tmetalI in einem GI'lll1dmetall am; Kupfer-Xickel-Kohalt Karbide und Roride enthalten. Es werden nachfolgende ZllSa111ll1ensetzungen angegeben:

I Xr.1

Kupfer ................. , 55 ~iekel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Kobalt ................. 10 Molybdan .............. 2 Aluminium ............ . Titanhydrid . . . . . . . . . . . . . .5 Karbide/Boride . . . . . . . . . . 3

Xr.2

2fi 2fi 1fi

10 25

2fi

75

Nr.4

20 20 20

5 10 20

fi

Xr. ;)

10 50

f) MetalIgctriinkte Sinterlag·er. Auch durch Triinkung eines poro,.;en Eisenhtgers mit einer niedrig, schlllelzenden, fUr Lagerzwecke geeigneten Legierllng lassen "ich nach R. Kieffer und W. Hotop2 nmssiye Sinterlager herstellen. Derartige Gleitkorper, die auch fiir Gleit"chienen und ahnliche Verwendungszwecke geeignet "ind, ergehen nach cler Darstellung del' VerfasRer einerseit,., eine hohere lllechanische Fe8tigkeit deCi Gesamtlagerkorpers, yerglichen mit einem Lager, welcheCi alll'schlieBlich aus dem TriinkungsI1letall besteht, andererseits nehmen Ciie in ihren Poren aber so yiel Lagermetall auf, daB sie praktisch die gleichen Lallfeigenschaften aufweisen ,,,ie das Lagerllletall, mit welchem sie getrankt wllrden. Del' hesondere Vorteil diesel' Lagel'werkstoffe be"teht darin, daB bedeutende l\lengen an wert yo]] en Legierllngselementen einge"part werden kiinnen. Triinkol kiinnen Kolche Lager natllrgel1liiB nicht mehr aufnehmen. Ihre Schmienmg erfolgt in der gleichen Wei8e wie bei eri-ichl1lolzenen I,agermetallen.

1 Strauss, H. L. jr.: Metal Progress 56 (194(J) S. 359; s. F. Benesovsky: ~feta1l4 (l950) S. :332/36.

2 Kieffer, R. u. W. Hotop: Pulvermetallurgie u. Sinterwerkstoff.Berlin: Springer (1943) S.206ff; Sintercisen u. Sinterstahl, Wien: Springer (194H) S.365ff.

Aufbau, physikalische und mechanisehe Eigenschaften. 333

Nach R. P. Koehringl, 2 liiBt sich ein gesintertes Kupfer.NickelGeriist mit einer hochbleihaltigen Legierung mit etwa 850 / 0 Blei, 100 / 0

Antimon und :50 / 0 Zinn triinken. Solche Lager sollen sich an hoch. belasteten Stellen im Motorenbau bewahrt haben.

Ahnlich wie bei den Tranklagerwerkstoffen wird die Porositat von Th. HoveP bei Stiitzlagerschalen aus Sintereisen ausgenutzt. Solche Stiitzlagerschalen werden mit einem niedrigschmelzenden Metall aus· geschleudert. Dabei dringt das fliissige Metall infolge seiner Zentrifugal.

Allu.221. Ubergang vani aufgeschleuderten Lagermetall zur Sintcreisenunterla..gc (nach Th. Hovel).

kraft in die POI'en des Sintereisens ein und ermoglicht so einen ganz hervorragenden Metallverband, wie aus Abb. 221 zu ersehen ist. Solche Lagerschalen sind mit bestem Erfolg im Autornobilbau an hochst· beanspruchten Stellen und auch bereits im Dieselmotor erprobt worden.

I"agerwerkstoffe auf Aluminiumbasis mit Thallium bzw. ThalliumBlei·Legierungen 2, 4 als Trankmetall sowie Tranklegierungen von Kupfer bzw. Aluminium mit Wismuth 5, 6 werden im Patentschrifttum vorge· schlagen, diirften abel' technisch noch keine Anwendung gefunden haben.

Diese Ausfiihrungen iiber die heute fiir Lager zur Verfiigung stehenden Sinterwerkstoffe fiihren zu del' Erkenntnis, daB den Sinterbronzelagern, mit denen die Entwicklung begann, die Sintereisenlager heute in vieleI' Beziehung gleichwertig gegeniiberstehen.

1 Koehring, R. P.: Metal Progress 38 (1940) S. 173/76 u. 196. 2 Kieffer, R. u. F. Benesovsky: Berg. u. Hiittenm. Monatsh. 94 (1949) S.284/294. 3 Nach persiinliehen Mitteilungen von Th. Hovel: s. Stahl u. Eisen, demnaehst. 4 A. P. 2,418881 (1944). - 5 Kieffer: Zit S.332. - 6 E. P. 590412 (1944).

33i H. Wiemer: Sintermetalle.

Nach dem vorliegenden Stand der Entwicklung ist die noch hiiufig vertretene Ansicht, das Sintereisen1ager sei nur ein "billiger Erfatz" fiir das Sinterbronzelager, bereits vollig abwegig. Die weitere Entwicklung des Sintermetall-Lagers zu groBerer Be1astbarkeit diirfte aller Wahrscheinlichkeit nach dem Sinterlager auf der Eisenbasis gegeniiber dem Sinterbronze1ager den Vorzug geben. Wie weit die Anwendungsbereiche nach dem heutigen Stand der Erfahrungen gegeneinunder abzugrenzen sind, wird auf S.354 ausgefiihrt.

3. Gleiteigenschaften.

a) Selbstschmierung. ]n USA und in England werden poriise Sintermetall-Lager als "OilleEs"- bzw. "Oilite"-L,tger bezeichnet. Diese Bezeichnung wurde dann in Deutschland als ,,011013" -Lager iibernommen.

Abb. 222. Oberfiiichenporositiit verschie<lcner Sintcrlagerquulitiiten. (Rings<lorff-MK-La;(er. Drnckschrift MK 143. )

Der Begriff ist aber, wie E. Rohde l ausfiihrt, irrefiihrend. Auch Sintermetall-Lager arbeiten zumeist nicht ohne 01 ; nur wird das 01 nicht von auBen zugefiihrt, sondern durch Triinkung des porosen Lagermetalls vor seinem Einbau. Die Bezeichnung "se1bstfchmierende Lager" trifft daher die be;;onderen Eigenschaften dieses Lagermetalls bedeutend befser.

Ein poroses Sinterlager ist in guter Anniiherung mit einem SChWUllllll vergleichbar. Seine Oberfliiche besteht aus Tam:enden von Poren (Abb. 222). Die geringe Oberfliichenspannung von 01 bedingt nach der

1 Rohde: Zit. S. :324.

Gleiteigenschaften. 335

Oltrankung des Lagers einen hauchdiinnen Oliiberzug iiber den gesamten Lagerkorper, der je nach der Wandstarke mit einer mehr oder weniger groBen Olreserve in Verbindung steht. Wird ein solcher Werkstoff auf Gleitung beansprucht, so ist sofort eine ausreichende Schmierung gewahrleistet. Porose olgetrankte Sintermetalle sind somit hervorragend geeignet fiir Schub- und Pendelbewegungen.

Bei umlaufenden Bewegungen ergibt sich gegeniiber Massivlagern der V orteil, daB der bei Sintermetall-Lagern immer vorhandene Olfilm das Gebiet der metallischen oder Grenzreibung beim An- oder Auslaufen der Welle weitgehend einschrankt. Mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit entnimmt die umlaufende Welle durch Reibungswarme und auf Grund des dabei entstehenden Unterdruckes im Lagerspalt eine jeweils entsprechende Olmenge aus der Lagerwandung. Nach dem Stillsetzen der Welle saugen die Kapillaren beim Erkalten des Lagers das 01 wieder auf. Der Olverbrauch ist denkbar gering, und die Lager konnen unter geeigneten Betriebsverhaltnissen somit lange Zeit ohne Zusatzschmierung betrieben werden. Nach F. Skaupyl hatte ein Lager von 40 mm BohrungsdurchmesEer, 37 mm Lange und 3 mm Wandstarke nach iiber 4000 Betriebsstunden mit 1000 Dmdrehungen pro Minute und einer Belastung von 10 kgjcm2 von urspriinglich 35 Volumen-% 01 24, also noch nahezu 70%, behalten.

b) Notlaufeigenschaften. H. Luplert2 hat die Notlaufeigenschaften von Sintermetall-Lagern zusammen mit zahlreichen anderen Gleitlagermetallen untersucht. Er klart zunachst die Auffassung des Begriffes "Notlaufeigenschaften". Der Begriff umfaBt im Schrifttum aIle Reibungszustande vom Dbergang der fliissigen Reibung zur Grenzreibung bis zur Trockenreibung. Nach LUplert muB scharf unterschieden werden zwischen den Grenzschmierlaufeigenschaften, bei denen die Epilamenschicht noch erhalten ist, und den Notlaufeigenschaften, die er ganz auf das Gebiet der VerschleiBreibung beschrankt.

Bei der VerschleiBreibung steht das Verhalten der Metalle unter Reiboxydation, wenn die Epilamenschicht zerstOrt ist, im Vordergrund.

1m Gebiet der VerschleiBreibung treten hydrodynamische Drucke nicht mehr auf. Deshalb ist bei dieser Begriffsfestlegung die Ermittlung der Notlaufeigenschaften durch eine Klotzchenprobe gerechtfertigt. lhr liegt die V orstellung zugrunde, daB bei dieser Versuchsfiihrung die hochst beanspruchte Stelle der Lageroberflache unter den ungiinstigsten Schmierbedingungen nachgeahmt wird. Voraussetzung dabei ist allerdings, daB die Durchfiihrung der Klotzchenprobe mit der gleichen Genauigkeit und Sauberkeit erfolgt, wie das bei Arbeiten mit Lager-

1 Skaupy, F.: Metallkeramik, 4. AufI., Weinheim/Bergstr. Verlag Chemie, S.236. 2 LUplert, H.: Die Notlaufeigenschaften der Gleitlagermetalle in Maschinen der

Feinmechanik, VDI-Forschungsheft 417, Ausg. B, Bd. 13 (Nov./Dez. 1942).


prlifsHinden yorausgesetzt wird. Luptelt konnte seine Behauptungen durch Parallelyersuche auf einem Lagerprlifstand bestiitigen.

Abb. 223 zeigt die Zunahme des YenlchleiBes mit del' Belastung bei Klotzchenversuchen mit Sintermetallen. ZUlU Vergleich wurden Versuchsergebnisse, die mit einigen bewii.hrten Lagerbronzen und mit GuBeisen erzielt wurden, mit angeflihrt.

In Abb. 224 sind die Ergebnisse del' K16tzchenyersuche libel' die spezifische Grenzbelastung bei verschiedenartigen Schmieryerhiiltnissen aller

untersuchten Lagerwerkstoffe zusammengestellt. DenYersuchen lagen nachfolgende V ersuchs bedingungen zugrunde: Die Grenzlast war in del' Regel durch das Fressen des Lagers gegeben. Trat kein Fressen ein, so galt als Grenze diejenige spezifischeBelastung,

20 110 50 80 Be/os/ung

PIO bei der die Pro be durch VerschleiB eine

Abb.223. Zunahme des Yerschleil.les mit der Belastung bei Sinter· eisen nnd Sinterbronze im Yergleich zu erschmolzenen Lagermet,allen

(narh H. Llip/el't).

Verklirzung UlU 1 mm erfahren hatte. Die Lastaufgabe wurde

jeweils nach gleichen Zeitabstiinden vorgenommen. Die Umfangsgeschwindigkeit betrug einheitlich 4,7 mjsec. Der Walzenstahl war fein geschliffen und ungehartet mit einer Brinellhiirte von 200 kgjmm2.

Die Schmierung war folgendermaBen festgelegt: a) Reichliche Schmierung: Die Walzen durchlaufen ein Olbad, aus dem sie

reichlich 01 (Autosommeriil mit 14 bis 17° E bei 50°) an die Probe heranbringen. Eine Heizvorrichtung bringt das 01 auf 100°. Durch die wahrend des Versuches auftretende Reibungswarme steigt die Temperatur allmahlich bis auf 2000 an.

b) Knappe Schmierung: Nach dem Einlaufen wurden auf die mit Benzin gereinigte Walzenoberflache 8 mg Autoiil gleichmaJ3ig verteilt.

c) Keine Schmierung: Walzen- und Probenoberflache wurden nach dem Einlauf unter 01 sorgfaltig mit Benzin gereinigt.

Die mit Sintermetallen erzielten Ergebnisse weisen in beiden Fallen -eine deutliche Uberlegenheit libel' aIle anderen Lagerwerkstoffe auf, womit die ausgezeicbneten Notlaufeigenschaften des Sintermetall-Lagers auBer Frage gestellt sind, obwohl, wie LUptert besonders hervorhebt, ihm keine Sintermetalle aus del' neuesten Fertigung zur Verfligung standen, mit denen er damals bereits noch bessere Ergebnisse zu erzielen hoffte.


Versuche von O. Hummell iiber die Notlaufeigenschaften von Sintereisenlagern verschieden hoher Festigkeit ergaben, daB bei Paarungen Sintereisen-StahlKaltschweiBerscheinungen kaumauftreten konnen. Das gilt auch noch fiir Sintereisenlager mit stahlahnlichem Gefiigeaufbau und Zugfestigkeiten zwischen 25 und 60 kgjmm2. Die hohe Festigkeit verleitet haufig zu der Annahme, daB Material dieser Art sich nicht von Stahl

unterscheidet. Diese Anschauung ist nach den

vorliegenden Versuchserge b

nissen irrig. Wahrend Stahl bei Gleitvorgangen

keinerlei bildsame Nachgiebigkeit und Not-

la uffahigkei t zeigt, und 01 und Fett gegeniiber nur geringe Ad-

hasionskrafte aufweist, besitzt hochfestes Sintereisen Ein-

bettungseigen -sckaften, hoherer Adhasionskrafte fiir Schmiermittel und eine merkliche Notlaufeigenschaft. Die VerschleiBfestigkeit liegt dafiir allerdings tiefer als bei Stahl, jedoch bedeutend hoher als bei GrauguB (SonderguB fiir Lager).

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1 Hummel, 0.: Metallw. 22 (1943) S.206/1O.

22 KUhnel, Gleitlager, 2. Auf!.


E. Heidebroek 1 hebt nach Priifstandsversuchen mit Sintereisenlagern als besonderes Ergebnis hervor, daB diese Lager lange Zeit ohne jede 01-zufuhr, bei bestimmten Belastungen stundenlang, mit niedriger Temperatur und sogar verminderten Reibungszahlen vollig gleichmaBig arbeiten konnen.

c) Belastbarkeit. Unter Zugrundelegung der Gleitlagertheorie miiBte nach Ausfiihrungen von E. Falz 2 die Tragfahigkeit eines Sinterlagers durch hydrodynamische Schwimmwirkung urn so giinstiger sein, je mehr der LagerhLuf einer massiven (porenfreien) Lagerschale nahe kommt.

Abb. 225. Schematische Darstellung der Tragfithigkeit von Sinterlagern verschiedener Porositiit

bei hliherer Drehzahl (nach E. Falz).

Diese Verhaltnisse sind fiir verschiedene Porositatsgrade in Abb. 225 dargestellt.

Der Zapfen kann, ausgehend yom Idealfall des Massivlagers, mit zunehmender Porositat des Sinterlagers nur noch teilweise durch hydrodynamische Keilkrafte getragen werden. Der iibrige Teil der Belastung wird durch unmittelbare Stiitzung des Zapfens gegen seine Laufflache aufgenommen.

1m Idealfall besteht "vollkommene" Schmierung bzw. fliissige Reibung. Mit zunehmender Porositat gelangen wir immer mehr in das Gebiet der "unvollkommenen" Schmierung bzw. Mischreibung.

Einerseits muB somit die Tragfahigkeit des Sinterlagers bei hoheren Drehzahlen urn so groBer sein, je weniger die Laufflache von groberen Poren durchsetzt ist; andererseits muB damit verstandlicherweise aber a uch die V erlaBlichkei t der Selbstschmierung (bei hoheren Drehzahlen) a bnehmen, weilletztere ja auf dem Olumlauf in den Kapillarkanalen beruht.

Priifstandversuche mit Sinterbronzelagern verschiedener Porositat ergaben die in Abb. 226 zusammengestellten Ergebnisse. Die Versuche wurden bei Vollschmierung durch Tropfschmierung auf einem Sonderpriifstand, Bauart Falz, durchgefiihrt. Der Bohrungsdurchmesser der Lager betrug 30 mm, die Lagerlange 15 mm. Die Wellen waren gehartet, geschliffen und poliert. Das Lagerspiel betrug 0,04 mm. Als Grenzflachendruck p gilt die Belastungsstufe, bei der ein plotzliches Ansteigen der Reibung einsetzt. Das Massivlager war normale Phosphorbronze ohne Zinkzusatz.

1 Heidebroek, E.: Z. VD!. 88 (1944) S. 205/07. 2 Falz, E.: Kapillar-Gleitlager, Sonderdruck der Ringsdorff-Werke GmbH.,

Mehlem-Rhein.


Unter Beriicksichtigung der Tatsache, daB Lagerversuche immer sehr weitgehend von den jeweiligen Versuchsbedingungen abhangen, und damit eine Verallgemeinerung der ermittelten Werte nahezu unmoglich ist, beschrankt sich Falz1

I auf eine rein qualitative, vergleichende Aus-wertung. 'k9/cm:

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Das Massivlager erreicht erst bei hoher Drehzahl den Hochstwert seiner Belastbarkeit. Erst bei sehr hohen Drehzahlen wiirde es an Tragfahigkeit wieder abnehmen, infolge der mit steigender Drehzahl zunehmenden Erwarmung und dementsprechender Abnahme der Schmiermittelszahigkeit. Der EinfluB der Erwarmung ist starker als die mit der Drehzahl wachsende Keilkraftwirkung, die an sich tragfahigkeitssteigemd wirkt.

Sinterlager sind nach den vorliegenden Ergebnissen bei hoheren Drehzahlen - im Gebiet des "dynamischen Schwim-

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Abb. 226. Beiastungskurven von Sinterbronzeiagern bei Vollschmierung im Vergieich zu einem Massivllronzeiager

(nach E. Falz).

mens" der Welle - den Massivlagern unterlegen. Deutlich iiberlegen sind Sinterlager aber den Massivlagem im Gebiet der kleinsten bis mittleren Drehzahlen, wie aus den iiber den Linienzug des Massivlagers hinausragenden senkrecht schraffierten Flachen in Abb. 226 eindeutig hervortritt.

W. Reuthe 2 ermittelte fiir verschiedene Sintereisenqualitaten ohne und mit Bleizusatz die zulassigen Lagerdriicke fiir Gleitgeschwindigkeiten bis zu 10 m/sec. Die Versuche wurden mit ruhender Belastung und ununterbrochener Zufuhr von etwa 3,3 Tropfen 01 je Minute gefahren. Als Schmiermittel wurde ein gewohnliches Maschinenol mit einer Viskositat

1 FaZz,: Zit. S.338. - 2 Reuthe, W.: Z. VD!. 21 (1942) S. 161/63.

22'


von 4,5° E bei 50° genommen. Das Lagerspiel betrug im Mittel 0,04 mm bei einem Wellendurchmesser yon 25 mm und einer Lagerlange von 60 mm. Die groBe Lagerlange wurde in Angleichung an den Werkzeugmaschinenbau gewahlt. Kantenpressungen wurden so weit wie moglich vermieden. Die Welle war aus St. 60 11 ungehartet, aber geschliffen. Einige Versuchsergebnisse dieser Arbeit sind in Abb. 227 den entsprechenden Werten eines GuBbronzelagers Gbz 14 gegenubergestellt. Bei diesen Versuchen wurden mit bleihaltigen Werkstoffen hohere

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Abb. 227. Lagerdrucke und Gleitgeschwindigkeiten von Sintereisen im Vergleich zu GuJ3bronze (nach IV. Reulhe).

A2, B 4' E2 reines Sintereisen BS Sintereisen mit 4,1 % Pb Dl Sintereisen mit 0,52% Pb.

Belastungswerte als bei bleifreien Sintereisen erzielt., Lager mit Bleigehalten zwischen 0,5 und 4% zeigen unabhangig von der Hohe des Bleizusatzes sehr ahnliches Verhalten.

E.Heidebroek 1 vertritt die Ansicht, daB die guten selbstschmierenden Eigenschaften der Sinterlager nach der hydrodynamischen Schmiertheorie nicht ohne wei teres zu erwarten sind, da die Laufflache von Sinterlagern auch bei sorgfaltiger Bearbeitung, mikroskopisch betrachtet, stark zerkluftet und von Lochern und Aussparungen durchsetzt ist. In

ihnen konnen die Molekulketten des Schmierstoffes keine normale Verankerung finden, so daB die fUr den Olfilm wesentliche Grenzschicht sich an unzahligen Stellen von der Gegenflache (der Welle) entfernt. Fur Stromungen hoher Geschwindigkeit muB sich somit in Dbereinstimmung mit Falz ein solcher Zustand ungunstig auswirken. Heidebroek fuhrte seine Arbeiten in Vergleichsversuchen auf einer Lagerprufmaschine mit Zapfen von 60 mm Durchmesser bei einer Lagerbreite von 40 mm durch. Das Lagerspiel betrug gleichmaBig 0,25 mm und war somit sehr hoch gewahlt. Das Norma16l, Marke Be 8 der Rhenania-Ossag mit rund 5° E bei 50° wurde der Lagerschale mit einem Druck von 1 atm bei Raumtemperatur zugefUhrt, soweit Vollschmierung stattfinden sollte.

1 Heidebroek: Zit. S.338,


An die Stelle der Vollschmierung trat bei Mangelschmierung ein Tropfoler mit regelba.rer Tropfenzahl (etwa 10 Tropfen/min), der zum SchluE ganz abgestellt wurde. Vor jedem Versuch lieB Heidebroek1 das Lager mit Belastung und Umlaufschmierung mehrere Stunden einlaufen. Der Endzustand des Einlaufens zog sich je nach dem Bearbeitungszustand der Lager oft lange hin. Die Grenzlast wurde mittels Thermoelement vor dem Druckscheitel im Olfilm gemessen. Als Grenztemperatur wurde 80° festgelegt. AIle Versuche wurden mit der gleichen Welle (St. 7011, geschliffen) gefahren. Einige Ergebnisse dieser Versuche sind in den Ab b. 228, 229 und 230 wiedergege ~ ben. Es wurde die gleiche Darstellungsart wie bei Falz 2 gewahlt, namlich ",-" die Grenzlast in Abhangigkeit von der Gleitgeschwindigkeit. Auch diese Ergebnisse zeigen,

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daB die Eignung eines Sinterlagers, vornehmlich von seinem Porositatsgrad abhangt. Das Kalibrieren der Bohrungfuhrte

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zu besseren Laufeigenschaften als eine spanabhebende Fertigbearbeitung durch Drehen. Die gunstigsten Anwendungsgebiete fur Sintereisenlager liegen bei Gleitgeschwindigkeiten bis zu hochstens 5 m/sec. DaB

50 V Kornung mittel, Louff/Delle kolibriel'f

die Belastbarkeit nach den Versuchen von Heide-

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Abb. 228 - 230. Belastungskurven von Sinterseisenlagern (nach E. H eidebroek).

a) Yollschmierung nach liingerer Einlaufzeit; b) Vollschmierung nach 4 h Einlaufdauer; c) Schmierung mittels Tropf6ler; d) ohne Zusatzschmierung.

broek! bei Sintereisen betrachtlich uber den von E. Falz 3 ermittelten Werten fUr Sinterbronze liegt, darf nicht allein auf die verschiedenartigen Werkstoffe zuruckgefuhrt werden. Unterschiede in der VersuchsfUhrung sind bestimmt auch von wesentlichem EinfluB gewesen.

Uber die Belastbarkeit gesinterter Aluminiumlager bei verschiedenen Gleitgeschwindigkeiten berichten G. Wassermann und R. Weber4• Die

1 Heidebroek: Zit. S. 338.·- 2 Reuthe: Zit. S.339. - 3 Falz: Zit. S.338. -4 Wassermann u. Weber: Zit. S.330.


Versuche wurden mit Halbschalenlagern auf dem PrUfstand bei ruhender Belastung unter Verwendung von Zusatzschmierung mit geharteten und geschliffenen Wellen durchgefuhrt. Bei einer Gleitgeschwindigkeit von 1,5 m/sec wurden bei Lagern aus Aluminium mit Zusatz yon 6-9 0/ 0

Al3Fe Endlasten von 500-530 kg/cm2 erhalten, die gleichen Lager ertrugen bei 3,5 m/sec 225 - 325 kg/mm2 und bei einer Gleitgeschwindigkeit von 4,5 m/sec konnte in einem Fall noch eine Grenzlast von 260 kg/cm2 aufgebracht werden.

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Abb. 231. Die Reibungszahi in Abhangigkeit von der Gieitgeschwindigkeit bei Sinterbronzeiagern im Vergieich zum Massiv-Bronzeiager (nach E. Falz).

AbschlieBend sei nochmals darauf hingewiesen, daB die hier zusammengestellten Ergebnisse von Prufstandsversuchen, die im Hinblick auf den Einbau der Lager unter extrem gunstigen Bedingungen erzielt wurden, keinesfalls bedingungslos als Richtwerte auf den Maschinenbau ubertragen werden duden. Die fUr den praktischen Einsatz von Sinterlagern zusatzlich zu beachtenden Gesichtspunkte werden in dem Abschnitt IV/I gesondert besprochen.

d) Reibungszahlen. Uber die Reibungsverhaltnisse bei Sinterbronzelagern geben Versuche von E. Falz 1 Auskunft.

Abb. 231 zeigt den VerIauf der Reibungszahlen fUr Sinterbronzelager verschiedener Porositat bei Vollschmierung und einer Belastung von rund 65 kg/cm2 in Abhangigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit. Vergleichsweise ist der KurvenverIauf fUr ein Massivbronzelager aus Phosphorbronze mit eingetragen. Die Kurven zeigen, daB die Reibungsverhaltnisse in tbereinstimmung mit der hydrodynamischen Theorie mit zunehmender Feinporigkeit gunstiger werden. Die Kurve fUr das mittelporige Lager liegt bei den hier zugrunde liegenden Versuchsbedingungen etwas und die fur das feinporige Lager deutlich unterhalb der Werte fUr das Massivlager. Die Abhangigkeit der Reibungszahlen von der spezifischen Flachenbelastung fUr Umfangsgeschwindigkeiten zwischen 1,6 cm und 2,4 m/sec gibt die Abb. 232 wieder. Man erkennt deutlich,

1 Falz: Zit S.338.


daB das Reibungsminimum mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit bei immer hoheren Belastungen auftritt.

Versuchsergebnisse von E. Heidebroek 1 geben Auskunft uber die Reibungszahlen von Sintereisenlagern bei Vollschmierung. Sie sind in Abb. 233 wiedergegeben. Diese Untersuchungen wurden unter den gleichen Voraussetzungen

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\ 1\\ / und 230 zusammengestellten pv-Kurven. Der Abfall der Reibungszahlen bei hoheren Gleitgeschwindigkeiten wird von E. Heidebroek 1 auf eine starkere Erwarmung del blschicht zuruckgefuhrt.

DaB die Reibungswerte fur Sintereisen nach Heidebroek 1 niedriger liegen als die entsprechenden Werte fUr Sinterbronze, nach Falz 2, darf wieder nicht verallgemeinert werden. Auch hierdurfte der EinfluB verschiedenartiger

Versuchs bedingungen vorherrschendsein.Nach den heute aus der Praxis vorliegenden ErfahTungen besteht zwischen der Reibungszahl fUr Sintereisen- und Sinter-bronzelager kein wesent

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Abb. 232. Abhangigkeit der Reibnngszahl vom Grenzllachendruck bei feinporigen Sinterbronzelagern (nach E. Falz).

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Abb. 233. Die Reibungszahi in Abhiingigkeit von der Gleitgeschwindigkeit bei Sintereiseniagern (nach E. Heidebroek).

licher Unterschied, und die Reibungszahl diirfte bei beiden Werkstoffgruppen in etwa der einer guten massiven Gleitlagerbronze entsprechen.

1 Heide1Jroek: Zit. S. 338. - a Falz: Zit. S. 338.

344 H. lViemer: Sintermetalle.

Dber die Anfahrreibung, der Reibung im Augenbliek des Dberganges von dem Wert ° in einen positiven Wert, allgemein als Reibung der Ruhe bezeiehnet, liegen ebenfalls MeBergebnisse yon E. Falz 1 vor. Diese Messungen erfolgten bei kiihlen bzw. nur ganz wenig warm en Lagern, in der Regel naeh AbsehluB samtlicher Laufversuche, ohne indes die Lager je gan,z zu entlasten, also unter voller Ausnutzung der abgesehlossenen Einlaufvorgange. N aehdem der Antrieb der Versuehswelle unverriickbar festgekeilt war, wurde mit einem geeigneten Dynamometer dureh Anspannen mit solcher Kraft am Reibungshebelarm des Versuchslagerkopfes gezogen, bis ein Kippen, d. h. Gleiten auf der Welle eintrat. Diese Versuehe ,vurden unter stufenweiser Steigerung der Belastung bis zu 284 kg/cm2 fortgefUhrt. Die Reibungszahl betrug naeh diesen Anfahrversuehen 0,17.

Von R. Holm 2 wurden fiir oxydierfahige Metalle nachfolgende Reibungszahlen angegeben:

fliissige Reibung

Grenzreibung

Epilamenreibung

0,002 bis O,ol

0,002 bis 0,15

0,11 bis 0,15 (20).

Sintermetall-Lager liegen naeh den ermittelten Reibungszahlen bei Vollsehmierung im Grenzgebiet zwischen der fliissigen Reibung und der Grenzreibung. Somit gelten auch fiir Sinterlager die Ausfiihrungen von H. IAiptert 3 , wonach ganz allgemein bei Gleitlagern die fiir die Erzielung reiner fliissiger Reibung notwendigen Voraussetzungen aueh bei reichlieher Sehmiermittelzufuhr nur selten erfUllt werden.

E. Falz4 faBt seine Untersuchungsergebnisse dahingehend zusammen, daB es sich bei Sinterlagern um eine Lagerart handelt, die hauptsii.ehlich dureh selbsttatige Sehmierung, allseitige Belastbarkeit und groBe Einfaehheit eine niitzliehe Erganzung der bisherigen Lagergattungen darstellt. Es sei unbillig, und durch niehts gereehtfertigt, von diesem Lager etwa Hochstleistungen in Riehtung kleinster Reibung oder hoehster Belastbarkeit erwarten zu wollen.

Dber das Reibung~verhalten hochverdichteter Sintermetall-Lager wurden im Sehrifttum keine Angaben gefunden. Lediglieh yon dem in jiingster Zeit entwiekelten Deva-Meta1l5 wird angegeben, daB sein Reibungskoeffizient weit unter der Zahl fUr °normale Gleitlager liege. Hier sind aber wahrseheinlieh auf Grund der besonderen Struktur dieses Werkstoffes die Zahlen fiir die trockene Reibung zum Vergleieh herangezogen worden. Nahere Angaben werden nicht gemaeht.

1 Falz: Zit. S.338./- 2 Holm, R.: Die technische Physik der elektrischen Kontakte, Berlin: Springer 1941. - 3 Lupfert: Zit. S. 335. - 4 Falz: Zit. S. 338.D Winkelmann: Zit. S.331.

Anforderungen fUr Einbau und Fertigung. Anwendungsbeispiele. 345

4. Anfordernngen fUr Einban nnd Fertignng. Anwendnngsbeispiele. a) Einbau. Die Lager werden im allgemeinen von der Hersteller

firma einbaufertig und Olgetrankt geliefert.

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Sinler/oger

Anlovfscheibe

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Abb.234. EinbaubeispieJe filr Sintermetall·Lager. (aus Ringsdorff·MK·Lager, Druckschrift 143).

Die zweckmaBige Lagerlange betragt nach E. Rohde l 0,5 bis 1,5d. Nach heutigen Erfahrungswerten soIl bei kleineren Lagertypen bis etwa 10 mm Bohrung die Lagerlange maximal 2 d, bei Bohrungen bis etwa 30 mm ungefahr 1,5 d und bei noch groBeren Bohrungsdurchmessern

1 Rhode: Zit. S. 324.


1 d moglichst nicht uber~chreiten. Gro13ere Lagerlangen sind unter Berucksichtigung der Lagerreibung und wegen der Gefahr der Kantenpressung nicht zu empfehlen. Sind gro13ere Lagerlangen nicht zu umgehen, so empfiehlt sich, die Buchse zu unterteilen, am besten unter Zwischenfugung eines Filzringes, wodurch gleichzeitig die Olreserve vergro13ert wird. Ein entsprechendes Einbauspiel ist in der ZusammensteHung Abb. 234c angefuhrt. Gema13 dies en Vorschlagen kann der Filzring noch mit einer Nachschmiervorrichtung versehen werden.

Zahlentafel 7. A u8dehnung8koeffizienten von Sinterlagern im Vergleich zu er8chmolzenen Werk8toffen.

Sinterwerkstojfen a in mm/DC Erschmolzene a inmm/oC Legierungen

1. Sintereisen mit Bleizu· satz "Presskii"l ....... 11-12·1O-6 GuBeisen3 9 .10-6

2. Sintereisen "Olite"* 10,8.10-6 TemperguB3 13 .10-6

3. Sintereisen mit Kupfer-zusatz "Super-Olite"* 13,8' 10-6 Messing4 18,8 . 10-6

4. Sintereisen mit 5 % Cu2 17,7' 10-6 Silumin4 19 .10-6

5. Sinterbronze "Olite"* .. 18,9 . 10-6

6. Sinter bronze "Compo"2 88,5 % Cu; 10 % Sn; 1,5% C ............. . 13,0· 10-6

1 Koehler, M.: Demag-Nachr. 14 (1940), S.29/33. , Claus, C.: Institute of the Aeronautical Scienes, 1944. 3 Werkstoffhandbuch Stahl und Eisen Verlag Stahl - Eisen, 1944 . • Werkstoffhanubuch Nichteiscnmetalle VDI-Verlag, 1938. • Chrysler Corporation, Oilite-Katalog B. 44 (1949).

Die Wandstarke bildet bei Verzicht auf Zusatzschmierung den jeweiligen Schmiermittelvorrat des Lagers. Deshalb sollen Wandstarken von 0,2 bis 0,3 d bei einer Mindestwandstarke von etwa 2 mm moglichst nicht unterschritten werden. PreBtechnisch sind auch Wandstarken unter 1 mm moglich. Solche Lager konnen aber dann nur noch bei hinreichend groBer Zusatzschmierung empfohlen werden. Beim Einpressen der Lager in Metall- und Kunststoffgehause bietet das Isa-Passungssystem r6/H7 bei kleineren Lagern und r7/HS bei groBeren Lagern bei Erwiirmungen bis zu etwa 100 0 ausreichende Gewahr gegen ein Mitlaufen der Lagerbuchse. Eine Randelung erubrigt sich. Auch Halteschrauben und -stifte sind nicht erforderlich, zumal damit die Gefahr verbunden ist, daB die Lagerbohrungen, vornehmlich bei dunnwandigen Lagern, unrund gedruckt werden konnen. Zahlentafel 7 bringt eine GegenubersteHung der Ausdehnungskoeffizienten von Sinterlagerwerkstoffen und erschmolzenen Legierungen, die als Gehausewerkstoffe vornehmlich verwandt werden.

Das Einpressen der Buchsen geschieht mit Hilfe eines EinpreBdornes. Ein Ein~chlagen ist zu vermeiden, da das porose Sintermetall dabei

Anforderungen fiir Einbau und Fertigung. Anwendungsbeispiele. 347

leicht gestaucht und verformt werden kann. Der EinpreBdorn muB sehr gen~u geschliffen werden, da sich das Sinterlager auf Grund seiner leichten Verformbarkeit in der Bohrung dem SchliffmaB des EinpreBdornes weitgehend anpaBt. Wii.hlt man den oben angefUhrten PreBsitz, So geben die Sinterlager nach dem Einpressen meist noch etwas nach, so daB die Bohrung nach dem Einpressen urn etwa 0,05 0/ 0

enger ist, als das SchliffmaB des EinpreBdornes. Es besteht so die Moglichkeit, die Bohrungstoleranz eines Sinterlagers beim Einpressen noch zu verkleinern. Der EinpreBdorn mit der aufgesetzten Lagerbtichse muB genau senkrecht zum Lagerschild stehen. Zur Gewahrleitung' eines genauen Lagersitzes nach dem Einpressen soll die Stirnflache des Dornes so breit ausgebildet sein, daB der Dorn sich nach der Stirnflache des Lagergehauses, oder einer anderen geeigneten Be- Abb.235. Einpre3dornmit

aufgestecktem Lager. zugsflache ausrichten kann. Abb.235 zeigt, wie das Einpre.'lsen mittels EinpreBdorn zweckmaBig gehandhabt wird.

Sintermetall-Lager konnen auch in Metall oder Kunststoff eingespritzt, in Gummi einvulkanisiert oder in Metall eingelotet werden. Hierzu eignen sich allerdings nur ungetrankte Lager. Die porose Oberflache des Sintermetalls begtinstigt die Haftung des Einbettwerkstoffes. Es ist anzustreben, so genau zu zentrieren, daB das Lager moglichst ohne spanabhebende Nacharbeit verwendet werden kann. Ein Nachkalibrieren ist dann allerdings wohl immer erforderlich. Zur Trankung der Lager wird die einseitig verschlossene Bohrung mit heiBem OI geftillt und so einige Stunden stehen gelassen.

Zum Aufweiten von Bohrungen eingepreBter Sinterlager konnen die in Abb. 236 angegebenen Werkzeuge verwendet werden. Diese Werkzeuge arbeiten samtlichst spanlos, so

daB bei ihrer Verwendung die 1- - - - ± =-£-+ groBte Gewahr fUr das Offenhalten der Poren gegeben ist. Der glatt _ :" zylindrische Dorn gestattet Auf- t ..... _"-__ --"! ,11 :,' I \,.i:,li,~ C,,-') ~ weitungen bis etwa zum Toleranz-bereich I T 7; die beiden anderen ~~{~ ~. Dorne wahlweise zum Drticken -~ oder Drehen, ermoglichen Aufweitungen, die ungefahr dem Toleranzbereich I T 11 entsprechen.

Abb.236. Werkzeuge zur spanlosen Aufweitung eingeprel.lter Sinterlager

(aus Ringsdorff-MK- Lager, Druckschrift 143).

MuB die Bohrung noch groBer gemacht werden, so ist spanabhebende Bearbeitung erforderlich, fUr die am SchluB dieses Kapitels genauere Bearbeitungsrichtlinien gegeben werden.


Der Olgehalt der Sinterlager, gebenenfalls zu~ammen mit der durch Filzringe oder Oldochte geschaffenen Olreserve, muB flir lange Betriebszeiten ausreichen. Das Trankol darf auch tiber groBe Zeitraume gesehen nicht harz en und muB im Hinblick auf die innige Bertihrung mit dem porosen Lagermetall vollstandig saurefrei sein. Die Wahl geeigneter Trankolqualitaten ist somit flir die Bewahrung und die Lebensdauer der Sinterlager von hervorragender Bedeutung. Je nach den an der Lagerstelle vorkommenden Druck- und Temperaturverhaltnissen werden Trankole zwischen etwa 2 und 40° E bei 50° eingesetzt, die im Dauerbetrieb Temperaturen zwischen -10 und + 150° zulassen. Ftir noch hohere Betriebstemperaturen werden mit Erfolg Sinterlager mit Graphitschmierung evtl. mit Bleizusatz verwendet. Solche Lager ermoglichen eine Dauerbetriebstemperatur von 250°.

Zur Zusatzschmierung sollen zweckmaBig die gleichen Ole eingesetzt werden, die yom Hersteller auch zur Trankung verwandt wurden. Nur so ist ausreichende Gewahr daftir gegeben, daB keine Verharzung durch unzweckmaBige Ole oder durch Olmischungen im Lagerkorper auftreten.

Uber Moglichkeiten einer Zusatzschmierung durch Filzringe und Oldochte unterrichten die Einbaubeispiele in Abb. 234. SoIl zusatzlich noch ein Olsumpf angebracht werden, so ist dieser bei Verwendung von Sinterlagern normaler Porositat zweckmaBig mit lockerem Filz oder Watte auszuflillen, da sonst die Saugwirkung des Kapillarkorpers bei hoheren Gleitgeschwindigkeiten so groB wird, daB das OI in kurzer Zeit aus der Olwanne herausgesaugt wird und <tn der Welle wegspritzt. Das RerausBchleudern von 01 kann erschwert werden durch Olfangnuten. Ein entsprechendes Beispiel ist in Abb. 234 e angeftihrt. Die Olfangnuten speichern das ausgeschwitzte OI und Baugen es beim Erkalten wieder auf. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion allerdings die verktirzte Tragflache bzw. die Notwendigkeit einer entsprechend groBeren Baulange. Dazu kommt noch, daB die Nuten nicht eingepreBt werden konnen und die dadurch erforderliche spanabhebende Nacharbeit merkliche Mehrkosten verursacht. Deshalb fanden derartige Lager bisher kaum Verwendung. Eine Nachschmiermoglichkeit ist nur dann zu empfehlen, wenn die Maschine von Fachkraften gewartet wird. In ;tnderen Fallen besteht die Gefahr, daB unzweckmaBige, beispielsweise harzende Ole verwendet werden, wobei dann eine Nachschmierung gefahrlicher ist als keine. Bei sachgemaBem Einbau reicht der Olgehalt der Sinterlager fUr mehrere tausend Betriebsstunden aus und erreicht somit haufig die Gesamtlebensdauer der Maschine.

Hoch verdichtete Sintermetall-Lager haben flir die meisten Verwendungsgebiete keine ausreichenden selbstschmierenden Eigenschaften mehr und die Verdichtung gestattet auch kaum noch eine Schmierung durch Filzringe tiber die Mantel- oder Stirnflache. Solche Lager werden


daher zweckmaBig genau so eingesetzt wie massive Gleitlager, wodurch sich hier weitere Ausfuhrungen erubrigen.

Die Schrifttumsangaben uberdas ffir Sintermetall-Lager zweckmaBige Lagerspiel streuen erheblich, wie aus Abb. 237 zu ersehen ist. Das Bild zeigt die Ab-hangigkeit des I Lagerspiels vom fJ,20 r-+-+-t-+-+-+-+--+-+--V~-+-+--+--l Bohrungsdurch- mm / messer nach 1Fe/Cu, deutschen, ame- I /

rikanischen und I J

:f:~:~hen Un~~ 415 I---tr-+-t-+---+--+-j,l/~._.:..-I -----j1+++1--++-,,£.j.._~ Lagerspiel ist I beifJ,25 t V :JI I ~e hier der Unter- J(,' II Y I )/

schied im Durch- ~ I /1 ~ ~'f~ I / '1fonze messer zwischen '§} II ",", V I

Lagerbohrung ~ 1/ I ri .. "//::; v unr Welle ver- qfOf-+--+-t---i'V---+--+-A~JlA-,ji4-1A--I-I"'Y~::~;4l-_+--I--t~

~~~~~~~ u~::: V ~~~ .. n 11 <No.l~~,llrf {Binzel~ scheiden wir 1/ t I>< • bA11' II I ,F~ I", . i BMot (Bronze) zwischen Kalt- ". ",.. r'" I

I I / "~L- V I ,...~; ¥fWo seflJ.Jleinslel/eiJt/ spie (werkstatt- ~'l I~ I; I L (/},'I'Olnze) technische Aus- 405 /" '~O'A~;"<::+""-+--+--+--l fuhrung) und /1 ) P: "" ~.r- . ~ ':?1e1bsleinslellend dem Warmspiel ~~~.L r- I (811

1 'Onzel~

(im Betrieb). /;;.; ~ ~ k ~ ~-I-Falls nicht an- ,,~ta ~. b:~ .-~.~. 'IO'OISelbs.r~~'·~I::~e'I'I1d ders vermerkt, '. '::b gelten die Kur- 0 E:...~+'--;;::---;-f:--+'--:!:--=~-f.:-+'---::!c:-::!:-~--::I:~~ ven in Abb.237 10 20 JO 110 50 50 70 80 90 100 no Ill) 110 '*'m.m.

BohrlJngsdlJrchmesser ffir das Kalt-spiel eingepreBter Buchsen. Besonders auffallend ist in dieser Zusammenstel

lung das groBe

Abb.237. Lagerbeispiel in Abhiingigkeit vom Bohrungsdurchmesser.

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OiUte E. H eidebroek' 0,05-0,15% vom Wellen- 'P, E. Rohde G. Wassermann u. R. Weber

Lagerspiel, mit dem E. Heidebroek 2 seine Versuche durchgefiihrt hat. Heidebroek vertritt die Ansicht, daB das Lagerspiel nicht ohne

1 Falz, E.: Das Lagerspiel bei hoheren Temperaturen, Petroleum (1934), Heft 2. 2 Heidebroek: Zit. S. 338.


zwingenden Grund unter 0,2 bis 0,25 0/ 0 des Wellendurchmessers gewahlt werden soIl. In der Praxis werden aber heute bedeutend engere Lagerspiele bevorzugt. Die von Oilite (Chrysler Corporation) angegebenen groBen Unterschiede zwischen den verschiedenen gesinterten Lagermetallen erscheinen uns zumindest z,';eifelhaft. E. Rohde l

empfiehlt fUr Sinterlager das gleiche Lagerspiel wie fUr RotguBbiichsen, namlich 0,05 bis 0,15% des Wellendurchmessers. Diese Angaben entsprechen auch weitgehend den heutigen praktischen Erfahrungen, wobei zwischen Sintereisen- und Sinterbronzelagern kein grundlegender Unterschied gemacht wird. Der von E. Rohde l angegebene Bereich ist in Abb. 237 schraffiert eingezeichnet. Werden besonders hohe Anforderungen an die Gerauschlosigkeit gestellt, so ist die untere Grenze dieses Bereiches zu bevorzugen, wobei dann allerdings gegeniiber einem groBeren Lagerspiel eine etwas hohere Anlaufreibung in Kauf genommen werden muB. Werden an die Gerauscharmut keine sonderlichen Anforderungen gestellt, so konnen auch bei erheblich groBerem Lagerspiel noch sehr gute Laufeigenschaften erzielt werden, wie die Versuche von Heidebroek 2 eindeutig dargelegt haben.

Sinterlager vermogen bei Selbstschmierung und auch bei Zusatzschmierung durch Filzringe nur diinne Olfilme zu erzeugen. Der Oberflachengiite der Welle kommt somit eine hervorragende Bedeutung zu, da Oberflachenrauhigkeiten der Welle den Olfilm aufreiBen und dann sehr schnell eine Zerstorung des weichen Lagerkorpers hervorrufen konnen. Gehartete, geschliffene und moglichst noch gelappte Wellen bieten bei Sinterlagern daher die groBte Betriebssicherheit. Dieser Aufwand ist aber in vielen Fallen nicht erforderlich. Haufig geniigt auch eine Welle aus ungehartetem Stahl hoherer Festigkeit (St. 60 11) wobei dann aber wieder sauberste Oberflachenbeschaffenheit gewahrleistet sein muB. Falls geniigend enge Ziehtoleranzen eingehalten werden und die Festigkeit des Stahles ausreichend ist - 60 kg/mm2 werden zweckmaBig nicht unterschritten -liegen auch noch bei Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 3 m/sec gute Erfahrungen aus der Praxis mit gezogenem Wellenmaterial vor. Die Gerauschminderung ist dann allerdings zumeist unbefriedigend. Bis zu welch em Bereich ungehartete Wellen verwendet werden k6nnen, und wann unbedingt gehartete Wellen vorgesehen werden miissen, kann nicht festgelegt werden, da bei jeder Konstruktion wieder ganz anders geartete Verhaltnisse (Lagerabstand, Durchbiegung, Kantenpressung, seitlicher Zug oder Druck u. a.) vorliegen k6nnen.

Zur Aufnahme des Axialschubes werden gehartete und geschliffene Stahlscheiben empfohlen. Federscheiben haben sich ebenfalls gut bewahrt. Die Scheiben sollen im Festsitz auf der Welle gegen die Stirnflache des Lagers laufen. So werden die selbstschmierenden Eigenschaften des

1 Rhode: Zit. S. 324. - 2 Heidebroek: Zit. S. 338.


Sinterlagers auch gegenuber der Anlaufscheibe ausgenutzt und Gerauschblldung und Reibung auf ein MindestmaB herabgesetzt. Noch gunstigere Reibungsverhaltnisse werden erzielt, wenn der Axialschub einseitig durch eine Kugel abgefangen werden kann. Mittels einer Schraube oder einer Feder kann dann das Axialspiel sehr genau eingestellt werden.

Der kalibrierten Bohrung ist auf Grund von Erfahrungswerten und auch nach Ergebnissen von Prufstandsversuchen (E. Hcidcbrockl) gegenuber der spanabhebend nachbearbeiteten Bohrung der Vorzug zu geben, da bei spanabhebender Bearbeitung die Gefahr gegeben ist, daB ein Teil der Poren zugeschmiert oder zugedruckt wird und ' damit die selbstschmierenden Eigenschaften des Lagerkorpers verschlechtert werden. Eine auBere Bearbeitung ist dann ohne EinfluB, wenn die bearbeiteten Flachen nicht als Laufflachen oder zur Zusatzschmierung verwendet werden. Bei der Bearbeitung aller Flachen, deren Porositat erhalten bleiben solI, ist groBte Sorgfalt und viel Erfahrung erforderlich, die in der Abb. 238 ffir die Bearbeitung poroser Sintermetalle zusammengestellt ist.

Freiwinkel a Keilwinkel fJ Schnittwinkel 0 (a + fJ) Spanwinkei y (90°-0) Einstellwinkei

= 8° = 72° = 80° = 10° = 45°

Abb. 238. Bearbeitung v. FHichen mit Porosit1tt.

b) Fertigungsmoglichkeiten. Konnen die Lager nicht einbaufertig bezogen werden, so konnen auch Halbrohlinge (mit kalibrierter Bohrung)' oder Vollrohlinge zur Selbstbearbeitung geliefert werden. Die Lieferung von Stangenmaterial ist aus fertigungstechnischen Grunden nicht moglich. Es konnen nur verhaltnismaBig kurze Abschnitte bis zu einer maximalen Lange, die etwa dem dreifachen Durchmesser entsprechen, hergestellt werden.

Sinterlager sind auf Grund ihrer Herstellungsweise Massenerzeugnisse. Ihre Fertigung stellt zwar groBe Anforderungen an den Werkzeugbau, ermoglicht aber auch erhebliche Werkstoffeinsparungen. Diese Werkstoffeinsparungen sind einmal herstellungsmaBig durch das Verpressen von Metallpulvern zu fertigen Formteilen bedingt, wobei kein Abfall, wie beispielsweise Drehspane oder Schmelzruckstande auf tritt, zum anderen durch die Moglichkeit, hochwertige Buntmetalle gegen Eisen auszutauschen. Das Fertigungsprogramm ist uberaus vielseitig. Hergestellt werden Zylinderlager, Bundlager, Kalottenlager, Halbschalenlager und Gleitlager in Kugellagerabmessungen als Ein- und Zweiringlager (Abb.239, 240 und 241).

Lager mit Bohrungsdurchmessern bis zu etwa 100 mm werden vornehmlich ohne spanabhebende Nacharbeit fertiggepreBt und auf

1 Heidebroek: Zit. S.338.


ToleranzmaB kalibriert. Bei groBeren Lagertypen herrscht die spanabhebende Nacharbeit vor, da das Kalibrieren so groBer Lager erhebliche Schwierigkeiten bereitet und ihr stuckzahlenmaBiger Bedarf auch meist zu gering ist, als daB sich die Herstellung der erforderlichen kostspieligen Gesenke zum Fertigpressen und Kalibrieren lohnt.

Die Gesenkfrage ist uberhaupt von entscheidender Bedeutung fur die Herstellung von Sinterlagern, da zu einer genauen Fertigung fur jede Lagertype ein PreB- und ein Kalibriergesenk vorhanden sein

Zahlentafel S. Bearbeitung8richtlinien fur por08e Sintermetall.Lager1 •

1. Drehen. Spanabhebende Bearbeitung erfolgt zweckma13ig mit Hartmetall HI, gegebenenfalls S 1 auf schnellaufenden, gut gelagerten Maschinen. Der Zerspanungs. charakter entspricht etwa Leichtmetallgu13. Uber die Einspannung des Schneid· stahles unterrichtet Abb. 238.

Schnittbedingungen

Schnittgeschw ....... . Vorschub ........... . Spantiefe ........... .

Schruppen

180-220 m/min. 0,20-0,30 mm/V.

bis 2 mm

Schlicht en

140-200 m/min. max. 0,10 mm/V.

0,1-0,4 mm

2. Schleifen. Das Schleifen erfolgt zweckma13ig bei Vmfangsgeschwindigkeiten zwischen 28 und 32 m/sec. mit Siliziumkarbidscheiben, deren Kornung, bei Harte K, zwischen 60 und 80 liegen solI.

3. Spannen. Das Spannen der Teile hat entsprechend den geringen zulassigen Schnittdrucken au13erst vorsichtig und leicht zu erfolgen. Die Bearbeitung der Bohrungen geschieht am besten in Spannzangen oder Spreiz. ringen. Die Spannung im Dreibackenfutter ist nur zulassig bei Wandstarken uber 10 mm. Fur die Bearbeitung des Au13endurchmessers konnen zum Schruppen kraftspannende Futter verwendet werden. Fur Schlichten und Feinschlichten empfiehlt sich die Aufnahme des Teiles auf fliegende Dorne oder Dorne zwischen Spitzen. Die Dorne werden wie ublich mit einer Konizitat von 0,02 mm auf 200 mm Lange hergestellt.

4. Kuhlung. Die Kuhlung soll keincsfalls durch Bohrolemulsion oder Schneideol erfolgen; erstere fuhren zum Rosten der Kapillaren des \;Verkstoffes, durchRuckstande wird in beiden Fallen das Trankol verdorben. Zur Kuhlung ist, sofel'll eine solche wunschenswert erscheint, Pre13luft zu verwenden, wobei 1,5 - 2,0 atu Leitungsdruck ausreichend sind. Durch die Pre13luft wird au13erdem das ""erkzeug und Werkstiick rein gehalten.

5. Bohren. Beim Bohren ist vor dem Austritt des Bohrwerkzeuges der Vorschub auf ein Mindestma13 herabzusetzen. Fur das Spannen und die \,\Terkzeuge gilt das unter Drehen gesagte.

6. Nachbehandlung. Kach der spanabhebenden Bearbeitung ist eine sorgfaltige Reinigung von Spanen und sonstigen Bearbeitungsruckstanden erforderlich. Zweckma13ig ist ein Was chen in Trankungsol. Grundsatzlich sind alle Teile nach dem Reinigen bzw. vor dem Einbau nochmals in 01 zu tranken. Das 01 wird dabei auf 70-80° C erwarmt und die Teile je nach Wandstarke 5-24 Stunden darin belassen.

1 Ringsdorff-MK-Lager, Druckschrift 143.

Anforderungen fUr Einbau und Fertigung. Anwendungsbeispiele. 353

mussen. Das Kalibrieren im PreBgesenk ist im Hinblick auf den Gluhschwund und dem WerkzeugverschleiB beim Pressen der Lager nur in AusnahmefiiJlen bei hinreichend groBen Toleranzbereichen moglich.

Die Abmessungen der von den einzelnen Firmen hergestellten Lagerreihen sind noch ziemlich willkurlich und weitgehend durch die im Laufe der Jahre aufgetretenen Kundenwunsche bedingt. Die im Abb.239. Zylinderlager in Kugellagerabmessungen.

Fachverband fUr Pulvermetal- Bundlager usw.

lurgie zusammengeschlossenen Sintermetallhersteller haben aber fUr die verschiedenen Lagertypen Normreihen ausgearbeitet, wobei

Abb.240. Zweiringlager in Kugellagerabmessungen.

DIN 147 und DIN 148 als Grundlage dienten. Es ist jedem Verbraucher bei Neukonstruktionen, fUr die Sinterlager vorgesehen sind, dringend anzuraten, sich rechtzeitig mit den einschlagigen Firmen in Verbindung zu setzen, urn so weit wie eben moglich kostspielige Sonderwerk

zeuge zu vermeiden. Fur Spezialzwecke werden aber auch zukunftig noch Sonderabmessungen verlangt werden mussen. Sollen sich die

AlJb.241. Stutzschalenlagcr aus Sintercisen (nach Th. Hove/).

hierfUr aufzuwendenden Werkzeugkosten lohnen, SO sind fUr kleine Lager bis zu einem Stuckgewicht von etwa 10 g Stuckzahlen von



:20- bis 30000 Voraussetzung. Rei einem Einsatzgewicht von anniihernd 50 g lohnen sich Sonderwerkzeuge im allgemeinen von etwa 10 000 Stuck an, und bei Lagern mit einem Einsatzgewicht uber 200 g lassen sich die Gesenkkosten zumeist schon bei 1000 Stuck wirtschaftlich amortisieren.

Erwiihnt sei abschlieBend noch, daB solche Lager in Sonderabmessungen zweckmaBig so zu konstruieren sind, daB sie fertiggepreBt werden konnen, da spanabhebende Nacharbeit Sinterlager leicht um das Mehrfache ihres ursprunglichen PreiEes verteuern kann. Der vorherrschende Gesichtspunkt fur die Konstruktion ist der, daB das gepreBte Lager nach oben oder unten aus dem Gesenk ausgestoBen werden muB. Unterschneidungen, wie einspringende Winkel oder Gewinde, sind somit preBtechnisch nicht moglich. Weiterhin bereiten groBe Querschnittsunterschiede in der PreBrichtung, die zumeist in Richtung der Bohrung verlauft, erhebliche Schwierigkeiten, da die Pressen, wenn eben moglich, automatisch gefullt und dann vor Reginn des PreBvorganges oben abgestrichen werden. GroBe Querschnittsunterschiede bedingen aber bei einem Verdichtungsverhaltnis von etwa 2,5 zu 1 stark unterschiedliche Fullraume, die entweder ein Abstreichen des gefiillten Gesenkes unmoglich machen oder sehr schwierig herzustellende und kostspielige Werkzeuge voraussetzen.

Aus all diesen Grunden ist es den Verbrauchern dringend zu empfehlen, bei Sonderausfuhrungen rechtzeitig mit den Sintermetallherstellern Verbindung aufzunehmen, um beide Seiten vor unnotigen Schwierigkeiten und Koden zu bewahren.

c) Anwendungsmoglichkeiten. Die Verwendung von porosen Sintermetall-Lagern ist unter nachfolgenden Gesichtspunkten besonders erfolgversprechend:

a) Bei schwieriger Schmierstoffzufiihrung. Diese Schwierigkeiten konnen einmal in der Art der Bewegung liegen, wie beispielsweise bei Pendelbewegungen oder auch bei umlaufenden Bewegungen mit besonders niedriger Gleitgeschwindigkeit_ Unter der zuletzt genannten Betriebsbedingung vermogen Sinterlager mehrfach hohere Lagerdriicke als massive Gleitlagerwerkstoffe auszuhalten. Die Schwierigkeiten der Schmierstoffzufiihrungen konnen aber auch in der Art des Einbaues der Lagerstelle begriindet sein, wenn zu wenig Platz fiir eine Schmierstoffreserve vorhanden ist oder die Lagerstelle zur Nachschmierung nicht zuganglich ist_ Weiterhin besteht noch die Moglichkeit, daB es sich urn die Lagerung von Geraten handelt, bei denen damit gerechnet werden muB, daB sie aus Unkenntnis oder Nachlassigkeit des Benutzers nicht nachgeschmiert werden.

b) Dort, wo Gerauschminderung verlangt wird. - Gerade dieser GesichtEpunkt steht heute bei vielen Haushaltsmaschinen im Vordcrgrund. Da Haushaltsgerate haufig elektrisch angetrieben werden, dehnt sich die Forderung der Gerauschlosigkeit auch auf den einschlagigen Elektromotorenbau aus. Daher haben Sintermetall-Lager fiir kleine und mittlere Elektromotoren heute cine erhebliche Bedeutung. Sie bilden hier cine ernste Konkurrenz zu den Kugellagern.

Anforderungen fur Einbau und Fertigung. Anwendungsbeispiele. 355

0) Dort. wo von den Lagerstellen moglichst groBe Sauberkeit verlangt wird. Dieser Gesichtspunkt ist beispielsweise iiberaus wichtig fiir den Textilmaschinenbau (()lspritzer im Gewebe), fiir Druckereimaschinen und fiir die Nahrungsmittelmaschinen-Industrie.

d) Dort, wo einbaufertige Lager in groBen Mengen bezogen werden sollen. Wie W. Katz 1 ausfiihrt, setzt die Selbstherstellung von Gleitlagern aus bezogenen Buchsen oder Rohren einen umfangreichen Maschinenpark voraus, der beim Bezug fertiger Sinterlager wegfiUlt oder fiir andere Fertigungsmoglichkeiten frei wird. Der Verbraucher kann somit erhebliche Maschineninvestitionen einsparen.

Diesen Vorteilen stehen bei porosen Sintermetall.-Lagern nach-folgende Einschrankungen der Verwendungsmoglichkeiten gegeniiber:

1. Sie haben eine geringere Festigkeit als entsprechende Massivlager. 2. Sie sind empfindlich gegen stoBartige Beanspruchung. 3. Sie konnen keine merkliche Kantenpressung vertragen. 4. Sie verlangen hiiufig beim Einbau sehr hohe Priizision. 5. Sie sind b3i Umfangsgeschwindigkeiten iiber 5 m/sec nur noch bedingt

brauchbar.

Es ist auf Grund dieser Darlegungen miiBig aufzuzahlen, in welchen Geraten und Maschinen Sintermetall-Lager bisher mit Erfolg verwendet wurden; denn praktisch lassen sich Sinterlager in nahezu allen Zweigen des Maschinenbaues erfolgversprechend verwenden, wenn die hierzu erforderlichen Voraussetzungen geschaffen werden. Die von O. Hummel2 herriihrende Zusammenstellung von Anwendungsbeispielen, die in Zahlentafel 9 wiedergegeben ist, sell daher auch nur als Anregung gelten.

Massive Sinterlager mit hohen Graphitgehalten haben sich bisher vornehmlich bei hohen Temperaturen im Gebiet zwischen 150 und 200 0 bewahrt, wobei urn 150 0 haufig noch eine gewiEEe Zusatzschmierung mit hochviskosen Olen erfolgen kann, wahrend die Schmierung im Temperaturgebiet urn 200 0 allein durch den eingepreJ3ten Graphit und evtl. Zusatzmetal1e erfolgt.

Offen gelassen wurde bisher noch die Frage, wo zweckmaJ3ig Eisenlager und wo besser Sinterbronzelager verwendet werden. Billiger ist das Sintereisenlager. Vorteilhaft fiir das Bronzelager ist, daJ3 es auch mit Graphitzusatz hergestellt wird, und daJ3 es in dieser Ausfiihrung besonders gerauscharm ist. Diese Moglichkeit besteht allerdings auch fUr Sintereisenlager. Nur hat man bisher noch keinen Gebrauch davon gemacht. Das Bronzelager muJ3 ferner dort eingesetzt werden, wo das Eisenlager aus Korrosionsgriinden ausscheidet.

Die Hauptursache fiir die immer noch sehr starke Bevorzugung des Sinterbronzelagers ist aber bei vielen Verbrat chern in der Tradition zu sehen, die die Bronze nun einmal als Lagerwerkstoff hat, ein Gesichtspunkt, der fiir Sintermetall-Lager in keiner Weise mehr gerechtfertigt ist.

1 Katz, W.: Meta1l3 (1949) S.295/96. - 2 Hummel,a.: Metallw.19 (1940) S. 979/83.

23"


Zahlentafel 9. Anwendungsbeispiele fur porose Sintermetalle in den verschiedensten lndustriezweigen (0. Hummel)l

Indllstriezweig

Maschinenbau:

Automobilbau:

Flugzeugbau:

Lokomotivbau:

Werkzeugmaschinenbau:

Elektromaschinenbau:

Landmaschinenbau:

Hebezeuge und Fiirderbau:

Apparatebau:

Feinmechanik:

Sonstige Verwendungsgebiete:

Beispieie fUr die Anwendllng von Sintermetallen

Schwinglager mit nur geringer Belastung, Getriebe- und Gleitlager fiir kleine Stirn- und Schneckenrader mit schleichenden Gleitgeschwindigkeiten zwischen 0,1 und 1 m/sec. bei geringen Flachenpressungen.

Gestangerundfiihrungen, Hebellagerungen, Lager fiir Hand- und Betatigungsrader, Lager fiir Schaltgestange, Gleitsteine, Kulissensteine

Lager fiir Kupplungen, Pedalwellen, Bremswellen, Schalthebel, Steuerwellen, Gestange, Anlasser, Scheibenwischer, Ziindverteiler, Servobremsen, Anzeige- und MeBgerate.

Lagerfiir Steuerungsbetatigung, Steuerseilleitrader, Schalthebel.

Lager fiir Bremsgestange, Umsteuergestange, Fiihrungsstiicke, Kulissenbetatigung.

Nebenlager fiir Fras- und Bohrwerke, Stanzen, Pressen, Drehbiinke, Liinettenfutter.

Lager fiir Kleinventilatoren, Haushaltmaschinen, Haarschneidemaschinen, Haartrockenapparate, Nahmaschinen, Bohnermaschinen, Staubsauger, Kiihlschranke, Waschmaschinen, Zahlergerate, Schalt- und MeBgerate.

Lager fiir Hackselmaschinen, Handmiihlen, Drehzapfen. lager fiir Ackerwagen und Erntewagen, Lager fiir Grasmaher, Strohpressen und fiir die in Frage kommenden Betatigungsorgane.

Lager fiir Spindelwellen, kleine Flachenpressungen, Flaschenziige, Seilrollen, Transportkettenrader, Nebenlager fiir Fiirderbander, Becherwerke, Krane, Hubwerke, Fiirdermaschinen.

Lager fiir Kupplungen, Regulatoren, Signaleinrichtungen, Betatigungsorgane, langsame Riihrwerke.

Lager fiir Laufwerke, Automaten, RegIer, Schaltgerate, Filmgerate.

Lager fiir Kinderwagen, Tretroller, Dreirader, Teewagen, Verkaufswagen fiir Bahnhiife, Abstell- und Montagewagen, Tiirangeln.

1 Nach R. Kieffer, llnd TI'. Rolor': Pllivermetallurgie und Sinterwerkstoffe, Berlin: Springer 1943 S. 341.

I. Gu6eisen. Von Dipl.-Ing. W. Meboldt, Mannheim

und Rb.-Dir. i. R. Dr.-Ing. R. Kuhnel, Minden. Mit 14 Abbildungen.

1. AUgemeines. FUr gleitende Reibung ist GuBeisen seit langem als geeigneter Werk

stoff bekannt. Man darf nur an seine haufige Verwendung in den Schieberund Kolbenringen der Dampfmaschinen und Motoren erinnern. Aber auch seine Anwendung als Vollager geht in die Anfange des Dampfmaschinen- und Fahrzeugbaus zurUck. Die steigenden Belastungen und Geschwindigkeiten stellten ihm aber zu hohe Anforderungen, denen die inzwischen bekannt gewordenen WeiBmetalle und gewisse Bronzen besser gewachsen waren. In den Zeiten der Rohstoffschwierigkeiten nach 1930 fand sich aber u. a. ein Anwendungsbereich mit den fUr GuBeisen gerade gut geeigneten ldeineren Drucken und Geschwindigkeiten - das war der Landmaschinenbau. Es ist den Bemuhungen der Fa. Lanz zu danken, daB dieses Anwendungsgebiet dem GuBeisen sozusagen neu erobert wurde und ihm auch uber die Zeiten del' Rohstoffnot hinaus erhalten bleiben konnte.

2. Aufhau. Da Graphit eine schmierende

Wirkung ausubt, sollte man annehmen, daB die Sorten mit grobster

Abb. 242. PcrIitisches GuJ3eisen.

Abb. 243. SonderguCeisen.

Graphitausbildung bevorzugt angewendet wurden. Das ist abel' nicht der Fall. Sie sind in der Regel zu wenig verschlei.Bfest. Daher zieht man ein perlitisches Gefuge VOl' (s. Abb. 242).

358 lV. Mel:oldt und R. Kuhnel: GuJ3eisen.

Nach dem alten DIN-Bhttt 1691 Hind das die SOl-ten Ge 18, Ge 22 und gelegentlich Ge 26 (heute OG 18 usw. im DIN- Blatt 1691 v. Nov. 49 bezeichnet). Mit SonderguBeisen, das Graphit in eutekti,.,cher Au,.,bildung enthalt (iiJmlich Abb. 243), sind eben falls gute Gleiteigen"chaften erzielt worden.

3. Mechanische Eigenschaften.

Die Zugfestigkeit bildet die Grundlage fur die Bewertung der GuBeisensorten im NormbhLtt. }'ur die Verwendung aI,; Gleitlagerwerkstoff h1Lt sie jedoch weniger Bedeutung. MaBgebend ist neben dem Aufbau die HiiI-te. Diese liegt bei den fur Lager verwendeten GuBeisensorten etwa zwischen 180 und 230 Brinell und ist dalllit i5-6mal so hoch wie die vieler metallischer Gleitlagerwerkstoffe. Die;-;e ohnehin schon sehr hohe Hiirte sinkt auch in der Warme bis loU etwa 1;")0°, wie sie fUr Lager im allgemeinen a1s Hochstgrenze anzusetzen ist, kaum ab, und daher bleibt OuBeiHen in seiner Anwendbarkeit fur Lagerzwecke beschrilnkt.

4. Bearbeitnng ond Schmierong. Infolge der eben erwiihnten hoheren Warmhiirte verformt Rich die

Oberfliiche des Ausgusses beim Ein1auf nur sehr wenig, ,,-eicht bei

Bear.heitung8werte fur GraugufJlager

S chnittge8chwindig k eit fiir Vordrehen und Schruppen, Fcrtigdrehen oder Schlichten

Vor8chub beim Vordrehen od;r Schruppen, Fertigdrehen oder Schlichten

Spantiefe bcim Fertigdrchen oder Schlichten

Bohren mit Senker aus Schncllschnittstahl

Ge 11'1_91

;)0 - 60 m!min

100-120" "

Ge 26.\)]

3S _. 50 Ill/min

SO -100,. "

~ = 0,4 mmjUllHlr. ~ = 0,4 mmjUllHlr. Is = 0,15 ., s = 0,:25 "

0,:3 -0,4 mm

v = 12 m/min

ReiLen mit Reibahlen mit Schnellschnittschlleiden maschilloll odar von Hand

s = 2 mill Umdr. v = 10 m/min s = 2 mIll Umdr.

Schleijen mit Carborundumscheiben:

I Kc'.irnung I Innell8chliff I 31ij()0 comb. I AulJenschliff 24/:W/46 comb_

Harte

K-L Jot bis K

U mfangsgesehwintl igk{'it.

10-20 Ill/s i5 -30 m/s

KantenpresRUng nicht aus und greift den WellenwerkHtoff ublicher Zusammensetzung leicht an. Besonders gute Bearbeitung muB also diese nachteilige Eigenschaft ausgleichen, und ES muG fUr eine weitgehende Einebn ung der Lauffliiche schon VOl' dem Einlauf und fUr

FOl'mgebung. 359

gute Schmierung gesorgt werden. Auf einwandfreien Zustand der Schneidwerkzeuge ist standig zu achten. Die Einhaltung moglichst groBer Schnittgcschwindigkeit bei kleinem Vorschub und geringer Spantiefe ist notwendig, damit die Kristalle glatt abgeschert werden und sich nicht lockern; nur dann kann das nun folgende Abziehen mit Schmirgelleinen und 01 eine gute Einlaufflache schaffen. Die umstehende AliI>. 2H . T'rOfstn nd f il' LnllfvcrslIchc.

Tafel enthalt eine Zusammenstellung der Richtlinien fiir di

1\ 0 Ich t.

Heatb it u ng.

5. Formgebung.

Kurze Lager im richtigen Verhaltnis von Lagerlange zu Lagerbreite, niedrige Belastung und niedrige Geschwindigkeit miissen eingeha!ten werden, wenn ein guter Lauf der guBeisernen Lager gewahrleistet bleiben solI.

6. Priifstandsversuche.

Zunachst begann man mit Priifstandsversuchen erste Erfahrungen fiir die Anwendung des Werkstoffs zu sammeln. Die Abb. 245 zeigt das Priifgerat, weitere Ausfiihrungen dazu eriibrigen sich.

Da derartige Laufversuche verhaltnismaBig lange Zeit in Anspruch nehmen, so wurde ein Priifstand nach Abb. 246 mit fiinf Lagern erbaut, auch hier eriibrigt sich eine weitere Beschreibung.

Die Abb. 247 enthalt Versuchsergebnisse fiir Ge 18 und GSH im Vergleich zu Zinnbronze. Es ist hier die ertragene AI>I>. 245. Priifstand fiir LallfverslIche. Schnitt.

Belastung bis zum Ein-tritt des Fressens aufgetragen. Vier verschiedene Arten der Schmierung sind angegeben.

360 W. M eboldt und R. K iihnel: Gu13eisen.

In der Abb. 24S sind bei kleiner Geschwindigkeit und bester Schmierung auf dem Priifstand erzielte Belastungshiichstwerte von Ge 26 und GBz 14 fiir verschiedene Bearbeitungsarten eingezeichnet.

7. Beispiele praktischer Verwendung von Gu8eisen in Lagern des Landmaschinenbans.

a) Graugu8 gegen Graugu8. Graugul3lager gegen GrauguBbiichse bei Strohpresse Abb. 249. Seit 1937 sind bei Stroh press en siimtliche

Lager, die friiher aus Bronze oder RotguB gefertigt wurden, auf GuBeisen umgestellt. Auf der Abbildung ist noch Ge 26

angegeben, man kam aber spiitermitGelS aus.

Abb. 246. Fiinffacher Priifstaml fiir Laufversuche.

GrauguBexzenter Ge 26

1<g/cm.Z 17 ,I ~ • I I ,.) ,~ t.uiasslfle pzv-YferilJ

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UmfoflgsgescllwiMigkeit v Abb. 247. Laufversuche mit verschiedenen Werkstoffen.

gegen Grau-guBexzenter Ge 26 b eim RegIer eines Schleppers, Abb. 250. Ein loser Exzenter liiuft hier gegen einen festen in hin und her gehender Bewegung. Ahnlich bewahrten sich Gleitsteine und Ringe bei Dreschmaschinen. Mit Riicksicht auf VerschleiB durch Staub wurde der GrauguB in diesem :Falle noch in 01 gehartet. - Vorderachse des Dreschmaschinenlagers, Abb. 251 : Die L'Lgerbela stung betragt hier 100 kg/cm2, jedoch nur gel'inge Dl'ehbewegung um 5°. Fettschmierung: Biichse aus Ge 26, auf die Welle aufgepre.Bt, gegen L:tger aus Ge IS.

BeiRpiele praktischer Verwendung von GuLleisen. 361

b) GrauguJl gegen Stahl. Achslagel'ung eines Kal'toffelrodel's Abb.252. Achse St 60 in L:wfbuchsen Ge 18 von 40 mm Durchmessel' und 75mm

III geJ'c/J/(jm ufJd po!ierf

Ce 26v.91-l/ijcllsen

kg!cm.z - 280

· 21/0 ~ s

· 220 ~ - 200 ~

· 180~

" 180 ~

lIfO ~ '" '120.'0

-is 100 't 80 {S 80 ~ ~

- 110 ~

20 ~ o o 0,2 0,1{ 0,8 0,8

S'ielleriJeit.sfokfor

Abb. 248. H6cbstbeiastung boi Laufvcrsucbcn mit Ge 26 und Gllz 14.

I I

I

-~----- --- -- --- -----________ - - __________ ....1--

Abb. 24:1. Strobprcsse mit Gullcisenbltcbscn.

Duellse 6e 26.91 fest ouf Welle

Lange. Schmiel'ung durch Schleudel'wirkung des Zahnrads. Helastungen und Geschwindigkeiten sind in del' Abb. 252 vel'merkt.

1,0

362 W. Meboldt und R. Kuhnel: Gul3eisen.

StOBelbuchse aus Ge 26 gegen StoBel aus C 1661, Abb. 253 links, Schaltd0ckel aus Ge 18 gegen Schaltbolzen aus St 50, Abb. 253 rechts.

Abb. 250. Regier cines Schleppcrs. Abu. 251. Dreschmaschinenlager: Yorderachsc.

Schlepper: Steuerung und Schaltung. Die Steuersaule, Abb. 254 links, aus St 50 macht beim Fahren leichte Drehbewegung in der GrauguBfiihrung. Die Differentialradel' in der Abb . 254 rechts aus einsatzgehiirtetem Stahl drehen sich in GrauguBgehiiusen.

Abb . 252. Kartoffelroder mit Gulleisenbuehsen.

Bindegeriit eines Schlepperbinders Abb. 255 l'echts. Die Abbildung zeigt den Schnitt durch den Bindearm mit 8 GrauguBIagerstellen aus Ge 18. Die Wellen bestehen aus St 50. Bdastungen und Geschwindigkeiten sind in del' Abbildung vel'mel'kt .

Achsschenkelgelenk einer Dreschmaschine, Abb. 255 links. Die Wel'kstoffe sind in del' Abbildung vermerkt. Belastung 38 kg/cm2 .

Z :Isammenfassung. 363

Fettsehmierung, zusatzliehe StoBbeanspruehung, jedoeh seltene Drehbewegung bis 50 0

•

Abb. 253. StD13elbuchse. Schaltdeckel.

8. Zusammenfassung.

Die genannten Beispiele, denen sieh noeh weitere beifUgen lieBen, haben gezeigt, daB GuBeisen als Gleitlagerwerkstoff anwendbar ist . In vielen Fallen wird man mit Ge 18 und vielleieht aueh noeh mit einer ungeharteten Welle auskommen . Bei Ge 26 ist dagegen eine gehartete Welle unvermeidbar. Feinstbearbeitung, bei Ge 26 Sehleifen und Honen

Abb. 254. Schlepper: Steuerung und Schaltung mit Grnugu13buchsen.

364 w. Meboldt und R . Kuhnel: Gulleisen.

ist notwendig. Gute Schmierung Lagers ist Voraussetzung filr einwandfreien Lauf. Auch dann bleibt das Gu13eisen empfindlich und darf nur bei kleinen Lagerdrilcken als Ge 18 bis zu 10 kg/cm2 darilber als Ge 26 und bei klein en Geschwindig-

und entsprechende Forrngebung des

p- mlJlcrnZ u- 412m/sek feft

p_ /2kg/crnz u: It 12 m/sek. fJI/Jqd

=-==---=:::::=-~~..:.-~-":~-:--=-=:-:-- f~-

p-7ki<fcmZ v- 42tim/sek. felf

p_10kgjcml : ~-aJlm/selG J/lJod p- 8kJjjcmZ

v- 40m.jsek felf

Abb. 25&. Links: Achsschenkelgelenk einer Dreschmnschinc. Rcchts : Bindegcriit cines Schleppcrbillders.

keiten - am besten nicht tiber 2-3 m/s angewendet werden. Als Ersatz filr Rotrnetalle kommt es ebenfalls in Frage. Gegen Pre13stoff mit Textileinlagen ist es auch zu verwenden.

Dritter Teil.

Nichtmetallische Wer kstoffe.

A. Holz. Von Obering. J. Arens, Saarbrticken.

Mit 15 Abbildungen.

1. Allgemeines.

Bis etwa 1850 war Holz der Lagerwerkstoff der Maschinen und Fahr· zeuge. Auch heute noch sind viele GleitllLger und Gelenke aus Holz in Betrieb.

Man kann sich heute vorstellen, daB Stevenrohrlager aus ande. ren Werkstoffen als Pockholz betriebssicher hergestellt werden konnen1•

Es wurde auch des ofteren tiber den erfolgreichen Austausch des Pock. holzes durch Gummi, Hartgewebe usw. bei diesen Lagern berichtet, aber trotzdem wird flLst tiberall wieder Pockholz flir die Stevenrohr. lagerung bei See· und FluBschiffen verwendet, Abb.256 und 257.

Das 1839 in Betrieb gesetzte erste amerikanische kontinuierliche Walzwerk arbeitete mit ausgebiichsten Holzlagern, die mit Wasser und Talg geschmiert wurden.

Vermutlich wurden erstmalig 1842 an einer kontinuierlichen Walzen. straBe die von Isaac Babbit erfundenen (Patent aus dem Jahre 1839) WeiBmetall.Lager verwendet.

Ab 1900 wurden die Lager-Metalle Bronze und WeiBmetall so verbesRert, daB ihre Verwendung auch in den Walzwerken immer starker erfolgte, so daB urn 1920 nur noch wenige der alten Holzlager in Gebrauch waren. Die meisten Walzwerke arbeiteten mit WeiBmetall- oder Bronzelagern oder einer Verbindung zwischen diesen beiden Metallen.

Wenige Jahre spater griff man hier wieder auf die Hartholzlager zurtick, obwohl gleichzeitig die Walzlager in steigendem MaBe in Walz· werksbetrieben I1ngewendet wurden.

1 Sass, F.: Eine neue Stevenrohr-Abdichtung fiir See- und FluBschiffe. Konstruktion 2 (1950) H. 11 S.322/23.

All!:>. 256. Stevenrohr mit Pockholzlagerung.

J. Arens: Holz.

Von H)31 an verdriingte der Kunstharz-PreBstoff immer mehr die bi" dahin iiblichen Metall- und Holzlager, bis dann wiihrend des Krieges wiederum die verbesserten Holzlager, d. h. also Lager aus vergiitetem Holz, teilweise die PreBstofflager verdriingten.

Man sieht daraus, daB die Verwendung von Holz als Gleitlagerwerkstoff beinahe einen vollkommenen Kreislauf gemacht hat.

:Fiir Gleitlager mit Hetriebstemperaturen unter 70° C, die reiehlich mit Wasser gekiihlt und geschmiert werden konnen, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Zugabe

All!:>. 257. Schnitt !lurch Pockholzstii!:>e mit Sicherungsleis(e .

geringer Mengen geeigneter Schmiermittel, eignen sieh ganz besonders gut die HHtholzer, wie z. B. Pockholz, Quebracho, Eisenholz usw.

Aber auch mit Gleitlagern aus Akazienholz lind vergiiteten einheimio;chen Ho]zsorten hat man unterdiesen Voraussetzungen ganz beaehtliche Erfolge erzielt. 1

Bei den kleineren und mittleren Walzenzapfenlagern der Stahlwalzwerke verdriingten ab H)26 die Pockholzlager die zu der Zeit iiblichen Bronzelager. Spiiter wurden die Pockholzlager an diesen Stellen durch Lager aus Kunsthar)';-PreBstoffen erset)';t, da Pockholz Mangelware geworden und die Lebensdauer der PreBstofflager groBer als die der Pockholzlager war, so

Allgemeines. 367

daB sieh dureh den hoheren Preis der PreBstofflager keine hoheren Lagerkosten je Tonne Walzgut ergaben 1.

Die bis 1943 gesammelten Erfahrungen mit solehen Walzenzapfenlagern aus vergutetem einheimisehem Holz ermogliehen es heute, Walzenzapfenlageraus vergutetem Holz in Betrieb zu nehmen, die wirtsehaftlieher sind als PreBstofflager und sogar eine groBere Lebensdauer haben als die unter den gleiehen Bedingungen laufenden PreBstofflager, so daB z. Zt. wieder del' Lagerwerkstoff Holz den PreBstoff an vielen Lagerstellen verdrangt.

Dureh besondere Behandlung mit nieht oxydierenden Sehmiermitteln stellt man aus Hartholz einen selbstsehmierenden Lagerwerkstoff her

Abb. 258. Selbstsehmierendes Holzlager, uas Abb. 259. Selbstsr.hmierendesHolzlager in einem rasehes Ausweehseln von Garnspulen gestattet. kiinsUiehen Kniegelenk.

(wartungsfreies Lager siehe Abb. 258 und 259), del' fUr manehe Verwendungszweeke nahezu unentbehrlieh ist 2•

So war ein solehes wartungsfreies Lager 1950 bereits 31 Jahre sHindig in Betrieb, eine Lebensdauer, die mit anderen Gleitlagerwerkstoffen selten jemals erreieht worden ist.

Will man mit Erfolg Holz als Lagerwerkstoff verwenden, dann mussen nieht nur geeignete Betriebsbedingungen vorliegen, sondern man muB aueh bei del' Lagerkonstruktion die besonderen Eigensehaften dieses Lagerwerkstoffes berueksiehtigen.

1 Cramer, H.: Walzenlagerung in Holz und Kunstharz. St. u. E. 57 (1937) H. 17 S. 437/441.

2 Mellor, H. C.: Modern Applications of Precision Wood BearingsMachinery 76 (1950) Nr. 1949 S.304/09.

368 J . Aren8: Holz.

2. Auswahl uDd BehandluDg.

Holz, das zu Lagern verar beitet werden soli, wird sorgfiiltig a usgewahlt. Es muB gesund, kernig, astfrei und frei von Rissen und Sprungen sein, ein gleichmaBiges und dich-tes Geftige aufweisen, und seine Fasern mussen fest aneinander haften.

"Frischgeschlagenes (grunes) Holz darf nie sofort zu Lagern verarbeitet werden." Es muB 3 bis 5 Jahre sorgfaltig gelagert und getrocknet werden, bevor seine Weiterverarbeitung beginnt.

Abb. 260. SchichtpreBholz·Platten mit Darstellun~ der Man kann diese Lager- Hauptfaser.Richtung undeingezeichneten SegmentstUcken

und Trocknungszeit durch fiir dellLagergrund (Lagersattel) und den Lagerkragell.

kunstliche Trocknung erheb-lich abkurzen, aber diese kunstliche Trocknung hat sehr vorsichtig unter Beachtung der vorliegenden Erfahrungen zu erfolgen.

8e!lrenzlJngswinkel

Al>b.261. Be:trueitulIg VOII Lagern aus l'rcB·Yollholz und Schicht-PreBholz sow ie cin zllsammcngebautes J~agcr.

Nach dem Lagern und Troclmen beginnen die Arbeiten, die haupt. sachlich das Ziel verfolgen, das Holz wpitgehendst volumen- und

Eigenschaften. 369

witterungsbestandig zu machen. Man versucht, die Poren des Holzes mit LeinoI, Kunstharzen, Nitrolacken oder nicht oxydierenden Schmierstoffen zu fullen, urn auf diese Weise das Arbeiten des Holzes durch Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe zu verhindern. Bei den verguteten PreB - Holzern erfoIgt nach dem Tranken mit Kunstharzlacken oder beim Verleimen mit Kunstharzfilmen das Verdichten des Holzes bis zu 50010 unter Druck und Hitze. Erst nach dieser Vorbehandlung beginnt die Verarbeitung des Werkstoffes durch spanabhebende Verformung zu Lagern oder Lagersegmenten (Abb. 260, 261a, 262.).

Abb. 262. Aus SchichtpreGholzstiiben " OBO-GLEIT" zusammcngebautes Walzenzapfenlager eines Warmwalzwerkes.

Eine Ausnahme bilden nur die HolzfurnierschnitzeI-PreBstoffe, welche auch fertig formgepreBt geliefert werden konnen 1.

3. Eigenschaften.

Die Festigkeits- und VerschleiBeigenschaften der naturlichen und verguteten Holzer sind sehr verschieden. In del' beiliegenden Zahlentafell sind einige Werte verschiedener Holzarten zum Vergleich zusammengestellt. Da viele Lager aus Holz durch solche aus Kunstharz-PreBstoff ersetzt wurden, sind auch die entsprechenden Werte fur verschiedene Kunstharz-PreBstoff-Typen mit aufgefuhrt.

Gunstig fur den Einsatz von Holz als Lagerwerkstoff ist sein niedriges Raumgewicht, sein niedriger Gestehungspreis und seine einfache Bearbeitungsweise ; ungunstig ist das Warmeleitvermogen, die VolumenUnbestandigkeit, die geringe Festigkeit senkrecht zur Faserrichtung und die geringe llestandigkeit gegen hohe Temperaturen. Daher ist die Verwendungvon l~agernaus Holz auf ganz bestimmte Gebietemit besonderen lletriebsbedingungen beschrankt.

Der Wellenwerkstoff wird auch yom Holz angegriffen. Es konnen sich Rillen und Unebenheiten in die Welle einschleiBen, wenn der Lagerwerkstoff eine ungleichm tiBige Harte auf seiner Lagerbreite hat und der Wellenwerkstoff zu weich ist (weniger als 60 kgjmm2 Zugfestigkeit). Normaler-

1 Koall, W. u. H. Schroter: Holzfurnierschnitzel-Pre13masse. Kunststoffe Ed. 34 (1944) H. 5 S. 98/ 100_

24 KUhnel, GleitLager. 2. Auf!.

370 J. Arens: Holz.

Zahlentafel 1. Festigkeitseigenscha/ten verschiedener Holzarten, Holz-Lagerwerkstofle

1

Rallmgewicht

1

Blastizitlitsmodul aus Drnckfestigkeit

Werkstoff lufttrockcn lliegevcrsuchen ermittclt Quet8ch~ren7.c

gjcm'J kgjcm2 kg/cm 2 kgjcm 2

Fichtenholz (Europa)

:1

0,30 - 0,43"- 0,U4

1

1700-5500-7000

'" ... Pice a excelsa ,.;lOOO - 110000 - 210000 ;,00 - 430 - 670 20- 5H -- 0;)

""''' i:i5!:S .§~ Kicfcrnholz ~ 0,30 - 0,49- O,~(J

I 2700- 4600-11 200

0a:; c: Pinns silvestris = un 000-120 000 - 201 000 300- 470-800 3i 77 --1:38 "",'0 (Europa, N.-Asien) ",,,

i>1" Tannenholz (Weilltanne)

1

~ 0,32 - 0,41- 0, i1 4900 Abies pectinata (Europa) = u6 000 -110 000-172 000 260 - 400-- ,,00

Eichenholz (Europa) J 0,39-0,65-0,93 10000

... Quercus sessiliflora = 92000--130000-135000 410 - 550- 590 80-110-1S5

" N ;0 ..c: Rotbuchenholz J 0,49 - 0,69 - 0,88 11 000 - 15 000 - 23 000

"'" :Fagus silvatica = 100000-160000-180000 350 - 530 - 840 90 '" oj (W. u. M., Europa) H

'" Weil.lbuchenholz J 0,50-0,7\1-0,82 ~ Os Carpinus betnlns

'0 (M. u. S., Europa) = iO 000 -130000 -177 000 440 -- 660- 800

"'" " Akazienholz J 0,54 - 0,73 - 0,87 i>1 Robinia pseudo acacia (listL USA., M. n. S. Enropa) = 136000 590 130

I Teakholz _1 0,44- 0,03- 0,82 Tectona grand is

'" (Vor_ n. Hint.lnllicn, Malai- = 105000-130000-156000 540-630--810 170 - 210 - 250

'" ischer Archipel) " S :t J~ongosi -Ei8enholz J 0.U6-1,00--1,14 oj J.ophira procera ~

'" (tro. Woo Afrika, Kamerun) = 240000 i50-930-1100

"'" ;5 Fockholz Gnajakholz ~ 0,95-1,28 --1,31 ;a

" Guaiacum offir.inale (West-~ "

ind\en, Kolumhien) = 1050 900 ...:

Quebrachoholz (vcrschiellene J I Holznrten siidamerikanischtf Herkunft) =

FreG-Yollholz( l.ignostonc) JI 1.35-14fl 1 3000

DIN 40711 = 266000 1 3~0

Prel.l-Schichtholz (OBO-Gleit) ~ 1,3 -1,4 ROOOO 3000-- 3500 N

"0 DIN 770i Klasse A = 240000 2500- 2 800 ~ en ]'rel3-Schichtholz (Lignofol) J 1,2 -1,4 ~ ~ DIN 7707 Klassc A = 21\0000 .~

PreJJ-Schichtholz (ULTEX) ~ :.-150 000 ltichtwcrtc 3000- 3200 DIX 7707 Klasse A = 1,4

Holzfllrnier- SchnitzeI- ~ 1,:35 2250

1 Prcllstoff (Lignidur) =

1 HO 000 1700

1

~~ llauIll\'.roll-Hartgewebe :1 1,4 1 .2-2 DI:"I 7i06 Klasse G 110 000 "HO 000 2000

~~ :I 1

"'-:=::: ZeU\\!oll-Hartgewcoe 1,42 :..::'" DIN nOG Klasse GZ ,,0 (JOO- 100000 1 ~OO

Eigenschaften. 371

urui entsprecheruie Vergleichswert3 jur Pre{!sto!fe.

Zugf~8tigkdt Biegefestigkeit

I Seherfestigkeit

I Bruchschlag-

I Brinellharte

I arbeit Bemerkungen

kg/em' kg/em' kg/cm 2 mkg/em' kg/mm'

15-27-40 420-660-1163

I I 1,2

I weich

400- 900- 2450 54-67 -120 0,1-0,5-1,1 3,2

10-30-44 350-870-2059

I I 1,3 -1,9 - 2,4

weich 350-1040-1960 61-100-146 0,2-0,7-1,6 2,5 - 4,0- 7,2

23 400 - 620-1000

I 1,8

weich 480-840-1200 37-51-63 0,4-0,6-1,1 1,8 - 3,4 - 5,3

26-40-96 3,4 hart

500 - 900-1800 660 - 940-1000 60-110-130 0,1-0,75-1.6 4,2 - 6,9 - 9,9 10-30

70 3,4 Iiart

570-1350-1800 630-1050 -1800 65-80-190 0,8 5,4-7,8-11,0 30-40

7,5 hart

470 -1070- 2000 470-1070-1392 85 0,80 6,7-8,9-12,6 50

43 7,76 hart

1 000 - 1 480 - 1 850 1200 160 1,14 6,6 -8,7 -12,1 10-70

23-96-155 4,0

I sehr hart 950-1190-1550 940-1190-1550 0,5 3,7-4,5-5,2

steinhart

2170 1950 0,9 13,4 90-100

steinhart

19,7 90-100

I

steinhart 90-100

I 1250 2080 230 17-34 steinhart

19,00 1400 2600-2800 2!J,00 - 30,00 steinhart

2500- 3000 14,00-16,00 steinhart

aIle angegebenen

1200 2000 0,45: 0,5 15,00 Werte sind

}] inde~twerte

1000 20 I

I I 500 1000 300 13,00

500 1000 I 300 I 13,00

24'

372 J. Arens: Holz.

weise wil'd del' Luufzapfen im Betrieb yon den Holzlagerschalen nur poliert. 1m allgemeinen ist es so, daB, je hohel' das spezifische Ge,yicht des Holzes ist, desto haltbarer sind die aus ihm hel'gestellten Lager. Die gl'oBte VerschleiBfestigkeit el'gibt sich, wenn del' Lagel'druck parallel zur Faserrichtung gerichtet ist, also Beanspruchung auf Hirnholz.

Ausbie!Jen der lIolyoser bBi MelolfloS$ung in Tei/Mlle --

Da die Haftfestigkeit del' einzelnen Fasern aneinander (Spaltfestigkeit) vel'haltnismi113ig gering ist, besteht die Gefahl', daB die Holzfasern l dort, wo sie nicht

IIilll llllllwarml. mehr abgestiitzt sind, unter dem

Abb. 263. Au sbiegen der Holzfasern bei Metallfassung in TeilhOhe.

Oruckverleilung b

Abb. 264. Wirkung verscbiedener Randfassungen.

EinfluB del' BeIa.stung und del' Reibungskraft auszuknicken vel'suchen odeI' sich umbiegen. Abb . 263. Man soIl dahel' diese als Hirnholz verlegten tragenden Lagerschalen oder LagerschaIenSegmente durch Rahmenstiicke aus dem gleichen Holz in voller Hohe einfassen. Abb. 26+. Bei diesel' Holzeinfassung Iiegen die Holzfasern parallel zum Laufzapfen, um die tragenden Lagerteile gegen die Reibungskrafte abzustutzen. Bei den seitlich angeordneten Einfassungen ist die Fasel'l'ichtung quel' zul' Achse angeordnet, um die tragenden Holz-fasern gegen den Axialschub

abzustiitzen. AIle diese Lagel'schalen aus Holz sind im Lagerkorper stramm einzuspannen, da hierdurch die Lebensdauel' del' Lager ganz wesentlich erhoht wird.

Wesentlich fur einen guten Erfolg ist die Verwendung von gut gelagertem und getrocknetem Holz , das nach Moglichkeit konserviert worden ist.

Die zweckmiiBigste Lagerbaual't entspricht den VD1-Richtlinien 200+ 2.

Die Anordnung del' Schmiel'taschen und del' Wassel'kiihIung hat entsprechend den vorgenannten Richtlinien zu erfolgen und tril.gt ganz

1 Suresch, K .: '\Valzenzapfenlager aus einheimischcm Holz. St. u. E. 63 (1943) Heft 29 S. 513/15.

s VDI-Richtlinien 2004, 2. Ausg., Kunstharz-Pre13holz Deutsche Einheitsblatter DIN E 7707.

Anwendungsbereich der Holzlager. 373

wesentlich dazu bei, die Lebensdauer der Lager zu erhohen. Durch Zusatz von kleinen Mengen geeigneter Schmiermittel wird die Lebensdauer ebenfalls erheblich verliingert.

4. Anwendungsbereich der Holzlager.

In der Praxis zeigen sich zwei ganz verschiedenartige Gruppen von Lagerstellen, ftir die als Lagerwerkstoff mit bestem Erfolg nattirliches ode~ ,,~v~;;+~+~~ tr ~l~ ,,_ ..... __ --l _+ ... ! .. --l -

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o , [OJ {o; I-

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Bei der 1. Gruppe handelt es sich urn Lager, wo sich der standige Eintritt von Wasser nicht verhindern laBt, oder wo man Wasser

Abb. 265. Lager einer 600er Trio-Stral.le in gentigend groBen Mengen als Lagcrschalen Akazienholz. Schmier- und Ktihlmittel an wenden

Imnn. Die Gleitgeschwindigkeit solcher Lager betriigt 0,7 bis 6 mjsek. und die spezifische Fliichen-

pressung, bezogen auf die Projektion des Zapfens (d~L kgJcm2) kann bis zu 350 kgJcm2 betragen.

(Es muB moglich sein, die entstehende Reibungswarme betriebssicher durch die Wasserktihlung abzuftihren!)

ZweckmiiBige Lagerkonstruktion vorausgesetzt, sind an diesen Lagerstellen bei nicht zu hohen Betriebsbeanspruchungen Lagerschalen aus Holz wirtschaftlicher als alle anderen Lagerwerkstoffe. Die Verwen dung von PreBstofflagern ist erst dann wirtschaftlich, wenn die Lebensdauer der PreBstofflager mindestens 4mal so groB ist als die der Lager aus natiirlichem Hartholz. Bei Lagern mit hoher spezifischer Fliichenpressung (p > 150 kgjcm2 ) wird diese groBere Lebensdauer von den PreBstofflagern beiJll Vergleich mit Lagern aus nattirlichem und nicht vergiitetem Holz erreicht, und die Retriebssicherheit ist dann wesentlich groBer, nicht aber beiLagern mit kleiner spezifischer Fliichenpres sung (p < 20 kgjcm2). Lager aus vergiitetem Holz sind bei zweck-

374 J. Arens: Holz.

entsprechender Konstruktion in den meisten Fiillen (nicht in allen!), wie schon eingangs erwiihnt, auch den Pre13stofflagern iiberlegen, ZUlli

mindesten abel' als gleichwertig zu betrachten. Fur die Steven-Hohrlager bei Flu13- und Seeschiffen hat man his

heute noch keinen besseren und .virtschaftlicheren Lagerwerkstoff als Pockholz gefunden (vgl. Abb. 256 und 257).

Bei den Walzenzapfenlagern fiir Warmwalzwerke (Feinblech-Warlllwalzwerke laufen wegen del' hohen Zapfen-Temperatur auf Bronzelagern!) hat der Pre13stoff die Lager aus natlirlichem nicht vergutetem Holz groBtenteils verdriingt. In vielen :Fiillen haben abel' Lagerschalen

_.\.lJh. 26G. Einbaustiick einer GOOer Trio-StraJJe mit Lagerschalen ails Akazicnholz (vgl. Ahu. 265), nach dem mit

flie8cn Lagcrn 100 (JOO t Stahl gcwalr-t wurden.

am; natlirlichem Holz in del' Bauart, entsprechend den VDI-Richtlinien 2004 odeI' Holzfurnier-SchnitzelPreBstoff die gleiche Lebensdauer wie PreBsto£{lager bei niedrigeren Gestehungskosten.

Bei den Walzenzapfenlagern del' kleinen WalzenstraBen, beispielsweise von 250 bis 5;")0 mm BallenDurchmesser, ist die Verwendung von natiirlichem Hartholz, Wie Pockholz,

Quebracho, Eisenholz und Akazienholz und ganz besonders die Verwendung von vergiitetelll Holz auch heute noch wirtschaftlicher als die Verwendung von PreBstoffen. (Abh. 265 u. 266.)

Aus del' Zahlentafel 2 "ErfahIlHlgen mit Walzenzapfenlagern aus Holz" kann lllan ersehen, welche Leben"dauer-Z~1hlen in Stuncien odeI' Leistung~zahlen in Tonnen Walzgut erreicht wurden, welche Betriehshedingungen vorlagen und welche J~agerforll1 angewendet wurde. Wo eben lIloglich, sind auch ZUIll Vergleich die LehensdaueI'Zahlen von anderen Lagerwerkstoffen an del' gleichen W,LlzenstmBe an gege hen.

Zu heachten ist bei del' Verwendung von Lagerschalen au,; Holz die folgende ]3etriebserfahrung:

Wurden Lagerschalen am; Holz, die in vorziiglichelll Betrieh,'zustand waren und voraussichtlich noch eine lange Lebensdauer hatten, aus irgend,yelchen betrieblichen Griinden, z. H. Walzenwechsel und Einlmu von Walzen mit anderen Zapfen-DuI'chlllesEeI'n, ausgebaut und nach einigen Tagen wieder eingebaut, so erreichten diese Lager die erwartete Lebensdauer nicht, sondern verschlissen sehr schnell. Die rrsache

Formgebung. 375

wurde darin gesehen, daB die Laufflache der Lagerschalen wahrend dieser kurzen Liegezeit austrocknete und die Lagerschalen rissig wurden. Es ist in solchen Fallen also unbedingt notwendig, die Lager vor dem Austrocknen zu schutzen, sei es durch Lagern in Leinol oder ahnlichen Flussigkeiten oder durch Einfetten der Laufflachen. Auch bei langeren Stillstanden ist es notwendig, die Lager vor dem Austrocknen zu schutzen.

Bei der 2. Gruppe handelt es sich urn Lagerstellen mit kleinen spezifischen Fliichenpressungen (p <20 kgjcm2) und kleinen Gleitgeschwindigkeiten, bei denen

1. die Wartung der mit Fett oder bl geschmierten Lager durch schlechte Zuganglichkeit erschwert ist oder bei denen die Gefahr mangelhafter Wartung besteht (Buromaschinen, Laboratoriums-Zentrifugen, Schubkarren),

2. die Gefahr besteht, daB austretendes Fett oder Schmiermittel das Erzeugnis beschadigt oder unbrauchbar macht (Nahrungsmittel und Textilien),

3. nicht Metall auf Metall laufen darf wegen der Moglichkeit des Hei13laufens und der Funkenbildung (Sprengstoff-Industrie),

4. die Lager mit Flussigkeiten in Beruhrung kommen, die den Schmierstoff wegspiilen (Schachtpumpen),

5. die Lager nicht leitend sein durfen (Radar, PunktschweiBgerate), 6. der Abrieb oder Sand die Lebensdauer metallischer Gleitlager

stark herabsetzen wurde (Linsen-Schleifmaschinen, Forderbander fur Sand in GieBereien).

Man verwendet fUr diese Lagerstellen ein besonders vorbehandeltes Hartholz, das mit nichtoxydierenden Schmierstoffen derart impragniert ist, daB der vom Holz aufgesogene Schmierstoff bis zu 40% des Volumens des Endproduktes betragt. Dieser Lagerwerkstoff (Cmos-Lager) hat sich nicht nur an den vorgenannten Lagerstellen bewahrt, sondern er eignet sich auch noch ganz vorzuglich zur Herstellung von kunstlichen Gelenken und ahnlichen Verwendungszwecken. V gl. Abb. 258 u. 259.

5. Formgebung.

Auch Gleitlager aus Holz mussen den besonderen Eigenschaften dieses Werkstoffes entsprechend konstruiert werden, wobei die jeweiligen Betriebsbedingungen die auBere Lagerform mehr oder weniger stark beeinflussen.

Jede Lagerkonstruktion stellt einen KompromiB zwischen den geforderten und moglichen Eigenschaften dar und die Berucksichtigung einer bestimmten Betriebsbedingung kann bei der einen Lagerkonstruktion wichtiger sein als bei einer anderen Lagerkonstruktion, die

3i6 J. Arens: Holz.

fUr andere Betriebsbedingungen angefertigt wurde. Es ist daher sicher, daB sich im Laufe der Zeit fur LagersteBen mit sehr unterschiedlichen Betriebsbedingungen auch Lagerformen herausbilden, die den jeweiligen Betriebsbedingungen am besten entsprechen und doch sehr unterschiedlich in der auBeren Lagerform sind. So entwickelten sich in der Praxis fur die Lagerung del' Walzenzapfen folgende L agerformen:

1. Bei geringen Belastungen (p <20 kg/cm2)

und geringen Gleitgeschwindigkeiten (v z< 1,7 mjsek.) ist es nicht schwer, die erforderliche MindestLebensdauer zu erreichen. Es ist daher auch nicht erforderlich, aBe MaBnahmen zu treffen, die bei hoch belasteten Lagern not wen dig sind, um eine ausreichendeLebensdauer zu gewahrleisten. Auf bequemes Wechseln def Lagerschalen, einfachste Bearbeitbarkeit und niedrige Gestehungskosten ist mehr Wert zu legen als auf eine groBere Lebensdauer, wenn diese auf

- --1+-2- ·3-waz?2mml

Abb. 267. Dreiteilige Lagerbauart. Ein Haupttraglagcr zlIr Aufnahme des Walzdruckes und zwei meist nachstellbare Seitenlager zur Aufnahme der Seitenkriifte. (Oberer Einbau mit Hangelager zur Aufnahme des Eigcngewichts dcrWalze

beim Lecrlauf).

Kosten der vorgenannten Aub. 208. Klotzlager oder Lager mit 5-tliichclIsitz.

Bedingungen erfolgt. Wegen der geringen Belastung ist es noch ll1og1ich, dreiteilige LagEr (vgl. Abb. 267) zu verwenden. Am gebrauchlichsten ;.;ind jedoch die Klotzlager (vgl. Abb. 268), so genannt, weil sie aus einem Klotz herausgearbeitet wurden. Diese Lagerform ist gekennzeichnet durch einen mehr oder weniger stark ausgebildeten Funffhichen~itz und dadurch, daB der Lagerkragen mit dem Lagergrund aus einem Stuck hergestellt wird . Die Lagerschalenstarke ist daher verhiiltnismiiBig groB. Man bevorzugt hier als Lagerwerkstoff "SchichtpreBholz" mit hochkant gestellten Fasern, weil sich dabei niedrigere Lagerkosten je Tonne Walzgut

Formgcbung. 3/i

ergeben als bei der Verwendung formgepreBter Klotzlager aus Kunstharz-Schnitzel-PreBstoff Typ 74.

Jcl/nilf x-x

&3L J

" Jc/Jnitt !I-!I

Ahb. 269. Kas,;ctten- oder R ahmenlager mit Lagerschalen aus Pockholz.

2. Sind bei diesen Lagern die spezifischen Lagerdrucke hoher (p =20 bis 70 kgjcm2), so ist es schon notwendig, etwas zur VergroBerung der Lebensdauer zu tun. Diese Lagerschalen mussen schon stramm im

L 0 88 0

0 0

0 88 0

0 0

0 0

A bh. 270. Rahmenlager fiir eine 1175 er BlockstraJ.le, Rahmen aus

Bronze, Lagerfiitterung aus Pockholz.

,

Einbaustiick aufliegen oder in besonderen

- Kassetten oder Rah-

~;. ----------- -men aus Bronze eingespannt werden (vgl. Abb. 269 u. 270). Diese Kassetten- oder Rah

menlager wurden schon 1926 entwickelt und haben die Vorteile und auch die auBere Lagerform der Klotzlager, stellen also lediglich eine Weiterentwicklung dieser Lagerform fUr hohere Belastungen dar. Wie aus der nachfolgenden Zahlentafe12, laufende Nr. 2 hervorgeht, hat man mit dieser Lagerform ganz beachtliche Erfolge erzielt. Die betriebssichere Abfiihrung der

entstehenden Reibungswarme durch das Kuhlwasser war Voraussetzung fur diese Erfolge, und die Anwendung einer automatischen PreBfettSchmierung trug erheblich zur Erreichung der angegebenen Lebensdauer-Zahlen bei 1,2.

1 Weinlig, H.: Neue Gleitlagerformen in Walzwerken. Stahl und Eisen 49 (1929) H.44 S.1573/79. - 2 Weinlig, H.: Das Rahmenlager mit Druckschmierung fiir Walzwerke. St. u. E. 54 (1934) H. 31 S. 801/08.

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Kiihlung und Schmierung. 385

3. Bei hohen spezifischen Lagerpressungen (p = 50 bis 170 kgjcm2)

entspricht die bestgeeignete Lagerform den Richtlinien VDI-2004 mit etwas dickerer Lagerschalenstarke als in den Richtlinien angegeben (8+5 bis 10 mm). Bei Verwendung von natiirlichem nicht vergutetem Holz als Lagerwerkstoff (die Beanspruchung der Lager erfolgt hauptsachlich parallel zur Faserrichtung) ist es vorteilhaft, eine seitliche Abstutzung der stehenden Fasern nach den Vorschlagen von Surcsch vorzunehmen (vgl. Abb. 263 und 264), urn ein Ausknicken und Aufblattern der Holzfasern, bzw. Holzschichten zu verhindern. Die Kuhlung muB intensiv und reichlich sein. Die Anwendung einer Schmierung durch geeignete Fettbriketts oder noch besser, einer automatischen PreBfettschmierung ist vorteilhaft. Mit Rucksicht auf die groBere Betriebssicherheit ist als Lagerwerkstoff vergutetes Holz, also "PreB-Vollholz" oder besser "Schicht-PreBholz" vorzuziehen. Segmentlagerschalen entsprechend den Richtlinien VDI-2004 aus Baumwollhartgewebe Typ 77 haben eine etwas groBere Lebensdauer und werden meistens angewendet. Ob solche Lager aber in allen Fallen wirtschaftlicher sind als die Lagerschalen aus vergutetem Holz ist unwahrscheinlich, denn trotz der etwas groBeren Lebensdauer spricht der Faktor "Lagerkasten je Tonne erzeugtes Walzgut" in den meisten Fallen fiir die Verwendung von vergutetem Holz als Lagerwerkstoff.

4. Fur sehr hohe spezifische Flachenpressungen (p >200 kgjcm2)

und fiir solche Lager, bei denen sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit und MaBhaltigkeit des W<tlzgutes gestellt werden, also fur Lager, die nur ganz wenig nachgeben durfen und bei denen der VerschleiB auBerordentlich gering, praktisch gleich 0 sein muB, ist der L<tgerwerkstoff Holz nicht geeignet. Man verwendet hier besser Walzlager, Morgail-Lager und evtl., wenn die Anforderungen nicht zu hoch sind, auch geschlossene PreBstofflager mit Emulsionsschmierung und -kuhlung (vgl. Richtlinien VDI-2004).

6. Kiihlung und Schmierung.

Die Kuhlung der Lager hat aus Grunden der Betriebssicherheit intensiv und reichlich zu erfolgen. Es genugt in den meisten Fallen nicht, wenn man die freie Zapfenflache mit Kuhlwasser berieselt. Meistens muB das Kuhlwasser unter Druck in den keilformigen Spalt zwischen Lagerschale und Zapfenoberflache eingefuhrt werden (vgl. VDI-2004). Nur unter dieser Voraussetzung ist es moglich, bei entsprechenden Betriebsbedingungen einen tragenden Film zwischen Lagerschalen- und Zapfenoberflache zu erhalten und die entstehende Reibungswarme gleich von der Entstehungsstelle aus abzufiihren. Das Kuhlwasser muB auch frei von festen Schwebestoffen, Sand und Zunder sein, es muB also gefiltert werden. Trinkwassereigenschaften braucht es dagegen nicht

25 Killmel, Gleitlager. 2. Auf!.

386 J. Arens: Holz.

zu haben (vgl. Richtlinien VDI-2004). Ruckgekuhltes, gefiltertes Umlaufwasser geniigt den Anforderungen, die an das Kiihlwasser zu stellen sind.

Lagerwerkstoffe aus Holz enthalten durch die Vorbehandlung und zum Teil auch von Natur aus geringe Mengen von Schmierstoffen. Durch das' Zugeben geringer Mengen geeigneter Schmierstoffe, sei es durch Beilegen von Fettbriketts oder durch automatische Schmierung mittels einer PreBfettschmieranlage, wird der Reibungswert herabgesetzt und die Haltbarkeit der Lager verHingert, also die Betriebssicherheit der Lager vergroBert. Trotz dieser Erkenntnis verzichtet man haufig auf die Anwendung einer besonderen Schmierung, weil die Wartung einfacher ist und mjtn andererseits bei nicht zusatzlich geschmierten Lagern die Lagerkosten pro Tonne erzeugtes Walzgut vergleichen muB mit den Lagerkosten plus Schmiermittelkosten plus Kapitaldienst fUr die Schmier-Vorrichtung je Tonne Erzeugung, bei den Lagern mit zusatzHcher Schmierung, wobei naturlich auch noch derdurch das Lagerschalen-Wechseln bedingte Produktionsausfall berucksichtigt werden muB. Bei maBig belasteten Lagern spricht dieser Vergleich fiir die Verwendung nicht zusatzlich geschmierter Lager. Bei hochbelasteten Lagern kann man auf die zusatzliche Schmierung nicht verzichten, da sonst die Haltbarkeit der Lager nicht ausreicht und die erforderliche Betriebssicherheit nicht gegeben ist (z. B. beim Auswalzen breiter und langer Bleche auf alten Duo- oder Trio-Grob- und MittelblechstraBen).

B. Kunststoffe.

Von Prof. Dr. A. Thurn, Zurich

und Dr.-lng. C. M. Frhr. v. Meysenbug, Darmstadt.

Mit 49 Abbildungen.

1. Einleitung.

Die Suche nach immer neuen Kombinationen von Gleitk6rpern und die Entwicklung so vieler Sonderlegierungen fur Gleitlager zeigt, daB die Metalle in ihrer ursprunglich vorliegenden einfachen Form schon fruh als fUr die Lagerung von gIeitenden Teilen nicht unbedingt geeignet erkannt wurden. Die Stahlschale neigt zum VerschweiBen mit der Stahlwelle, und ebenso wird es in einem fruheren Zeitalter der technischen Entwicklung gewesen sein, wenn der bewegte und der feststehende Teil einer Gleitlagerung aus gIeichartiger Bronze bestanden. Nichtnietallische Lagerwerkstoffe waren daher ein naheliegender Ausweg, und Rolzlager werden schon in Schilderungen von Homer und Xenophon erwahnt. Aber auch Angaben uber Lager aus "Gewebeschichtstoffen" (also einem fruhen Vorlaufer unserer Kunststoffe) finden sich bereits in Berichten uber Kriegswagen der Ph6nizier und Agypter: Die Achslager dieser Wagen waren aus lose gewickeltem Baumwollgewebe, das mit tierischem Fett getrankt wurde. Solche Schichtstoffe aus Gewebebahnen mit einem Bindemittel haben wir heute in unserem "Kunststoffzeitalter" wieder vorliegen, und es ist wohl kein Zufall, daB gerade die HartgewebepreBstoffe sich als gute Lagerwerkstoffe erwiesen haben.

Diese Kunststofflager aus mit Phenolharz verpreBten Gewebebahnen oder auch Holzfurnieren erschienen zunachst fill die Lagerung von Walzenzapfen geeignet, wo die alten Rolzlager in der verfeinerten Form von Schalen oder Segmenten aus Pockholz oder verdichteten H6lzern heute noch gebrauchlich sind. Sie erweisen sich hier durch ihre VerschleiBfestigkeit und Unempfindlichkeit gegen rauhen Betrieb den Metallagern uberlegen. Fur prazisere Lagerungen haben sich infolge der von den Metallen stark verschiedenen Eigenschaften der Kunststoffe vielfach Schwierigkeiten ergeben, die dazu gefuhrt haben, daB Kunststofflager im Maschinenbau mehr oder weniger als "Ersatz" angesehen werden, auf den man nur in Mangelzeiten zuruckgreift. Bei genauer Kenntnis des Werkstoffes und Berucksichtigung seiner Eigen-

25·

388 A. Thum und C. M. Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

heiten in der Konstruktion und im Betrieb des Lagers lassen sich jedoch gute Erfolge und oft sogar V orteile gegen tiber Metallagern erzielen, so daB dem Kunststofflager noch manches Anwendungsgebiet offen steht.

2. Arten der Knnststoffe, Verarheitung und Eigenschaften.

a) Arten dcr KunststoUe. Obwohl heute nicht nur der in irgendeiner Richtung technisch vorgebildete Fachmann, sondern auch der Laie schon von dem Begriff "Kunststoffe" eine mehr oder weniger klar umrissene Vorstellung hat, erscheint es im Hinblick auf die von den gewohnten technischen Werkstoffen zum Teil erheblich abweichenden Eigenschaften dieser Werkstoffgattung doch angebracht' im Rahmen dieses Buches zunachst allgemein auf den Werkstoff "Kunststoff" einzugehen. Wenn der Kunststoff in seiner ursprtinglichen Form einen Ersatz ftir die elektrischen Isolierstoffe Hartgummi, Porzellan, Glas bilden sollte (Entdeckung durch Adolf v. Bayer, 1872; erste technische Auswertung durch Baekeland, 1909: "Bakelit"), so stellte sich bereits nach kurzer Zeit heraus, daB dieses Material neben seinen elektrischen und thermischen a uch hervorragende mechanische Eigenschaften besaB und damit geeignet war, nicht als Ersatzstoff, sondern als vollwertiger neuer Werkstoff in weitere Gebiete der Technik Eingang zu finden. Hinzu kam die einfache Formgebungsmaglichkeitdieses "plastischen" Stoifes, die den Kunststoffen in einigen Sprachen ihren Namen eingebracht hat (Plastics, Matieres plastiques). Die Abwandlungsfahigkeit der Eigenschaften durch Zusammensetzung und Verarbeitung ftihrte auf Grund mannigfacher Versuche zur Entdeckung einer Unzahl neuer Kunststoffe binnen weniger Jahre, die mit dem am Anfang dieser Entwicklung stehenden Bakelit nur noch den molekularen Aufbau gemein haben. Auch heute ist die Entwicklung noch nicht abgeschlossen, doch laBt sich eine brauchbare Aufgliederung des gesamten KunststoffGebietes in "hartbare Kunststoffe", "nichthartbare Kunststoffe" und "abgewandelte Naturstoffe" vornehmen. Soweit diese Stoffe ftir die Gleitlagerherstellung von Interesse sind, sollen sie im folgenden zunachst von der rein werkstofftechnischen Seite her kurz behandelt werden. Umfassende Uberblicke tiber das gesamte Gebiet der Kunststoffe geben u. a. die Bticher von Houwink, Stager und Mehdorn 1•

a) Hartbare Kunststoffe. Die Grundstoffe fUr die hartbaren Kunstharze sind Kohle, Wasser und Luft. In Europa sind ausschlieBlich Steinkohle und Braunkohle, in Amerika daneben auch in erheblichem Urnfange Erdal die Kohlenstoffquellen fUr die Kunstharzherstellung. Durch

1 Houwink, R.: Chemie und Technologie der Kunststoffe. Leipzig 1942. -Stager, H.: Werkstoffkunde der elektrotechnischen Isolierstoffe. Berlin 1944. -Mehdorn, W.: KunstharzpreBstoffe und andere Kunststoffe. Berlin/Gottingen/ Heidelberg: Springer 1950.

Arlen der Kunststoffe, Verarbeitung und Eigenschaften. 389

entsprechende chemische Umwandlungen erhalt man aus der Kohle da.s Phenol und das Kresol, aus dem Stickstoff der Luft zusammen mit Kohlensaure den Harnstoff oder mit Kalziumkarbid das Melamin. Aus Kohle und Wasser entsteht nach einigen Zwischenstufen das Formaldehyd. Phenol bzw. Kresol einerseits und Harnstoff bzw. Melamin andererseits werden zusammen mit Formaldehyd unter raumlicher Verkniipfung der chemischen Bindungen kondensiert. Damit ergeben sich

fill/10ft Phenolharz-PreBmassen 1i.S.W.

fiillstoffe Corbamidharz~PreBmassen u.s.w.

Abb. 271. Kondensationsprodukte - Hartbare Kunstharze. (Nach "Kunststoff-Taschenbuch", Carl Hanser-Verlag, Munchen 1952).

die zwei Gruppen der Kondensationsharze, die Phenolharze und die Carbamid- und Melaminharze. Abb. 271 veranschaulicht die hier nur knapp skizzierte Abstammung dieser Kondensationsprodukte.

Die Kondensationsharze sind in Wasser loslich und in der Warme zunachst schmelzbar. Bei weiterer Warmezufuhr (zwischen 100 und 180 0 C) erfolgt jedoch eine chemische Umwandlung, die nicht reversibel ist und als Aushartung bezeichnet wird. Ausgehartete Kunstharze lassen sich nicht wieder erweichen und konnen nur noch spangebend weiterverarbeitet werden. Die Temperaturgrenze fiir ihre Verwendung wird durch ihre Zersetzungstemperatur (urn 150 0 C) bestimmt, da ein Schmelzpunkt nicht vorhanden ist.

Die technische Anwendungsform der hartbaren Kunstharze umfaBt einmal die Reinharze (Edelkunstharz, GieBharz, PreBharz) und zum anderen die PreBmassen. Dies sind die Ausgangsprodukte zuden fiillstofffreien oder den durch Fiillstoffe in bestimmten Eigenschaften verbesserten Fertig~ oder Halbfabrikaten.


Zahlentafel 1. Eigenschatten und

Mechanische Eigenschaften

Handelsname Typen·

Kerb· Kugel· Art des Kunststolfes bezei.ch· Spez. Biege· Schlag· schlag· Zug· Druck· druck· z. B. nung Ge· festig- ziihig· ziihig· festig. festig· bilrie

wicht keit keit keit keit keit 5/50/60

g/em' kg/em' emkg/cm' emkg/em' kg/cm' kg/em' kg/em'

Hiirtbare Kunststoffe

Phenolharz, fiiIlstofffJ'ei Dekorit, Trolou l,a 800 5+10 1,2 550 3000 1900

Phenolharz + { 11 1,9 500 3,5 1,0 150 1200 1800

anorg. FiiIlstoff 12 1,8 500 3.5 2,0 150 1200 1500 10 1,95 700 15 15 250 1200 1500

Phenolharz + Holzmehl ~i@f~~; 31 1,34 700 6 1,5 250 2000 1300

{ ~'~8 ~~~ ~ 51 1,4 600 5 3,5 250 1400 1300

Phenolharz + Zellstoff ~~.;~~~~ 54 1.4 800 8 5,5 250 1000 1300

=="~" ;"~~~~ 57 1,37 1200 15 10 800 1600 1300

{ 71 1,38 600 6 6 250 1400 1300 Phenolharz + ~ ~~~:5.s~:g 74 1,38 600 12 12 250 1400 1300

Textil· Filllstoff _ Q,) U} ~ Po! rn

l <~~E-< "" 77 I 1,38 800 25 18 500 1200 1300

Carbamidharz + Pollopas,

131 I Zellstoff oder IIolzmehl Cibanoid 1,5 600 5 1,2 - - 1700

Phenolharz + Pallier Pertinax, "-I Neolit (Klasse II) 1,42 1500 25 15 1200 1500 1300

Phenolharz + Gewebe Novotext, 1<'errozell (KlasseJo') 1,42 1300 30 18 800 2000 1300

Phenolharz + Holzfurnier I Obo, Lignofol, PAG-Holz (Klasse AI 1,3 2400 50

I 40 1800 1500 1600

Nichthiirtende Kunstst.

Polystyrol Trolitul III 1,05 900 20 5 400 950 1200 Polymethakrylsiiuremethyl·

c,ter Plexiglas M 222 1,18 1200 20 2 700 600 1800

Vinylchlorid + Ester Mipolam 1,35 1000 200 5 600 600 950

(Misehpolymerisat)

Polyvinylehlorid Vinidur 1,38 1100 130 10 500 800 fooo

Polyamid UltramidA 1,13 900 150 11 750 1100 1000

Ver"leiehsstoffe kg/mm'

Stahl Weichstahl (St 37 11) 7,8 10000 - (1000) 3700 - (~ 140) Verglitungsstahl (VCMo) 7,8 22000 - (500) 12000 - (~ 400)

GuJ3eisen (Ge 14.l.ll) 7,2 2800 - _. 1400 5000 (lS0-200) Bleibronze (PbBz 15) S,9 - - - 2000 7000 (~ 50) Weillmetall (WMSO) 7,5 - - - 900 1200 (22-30) Eichenholz (liings) 0,8 900 30 - 1000 540 -

Arlen der Kunststofi'e, Verarbeitung und Eigenschaften. 391

Anwendung einiger fester Kunststoffe.

Thermisehe Eigensehaften Wasser·

Bemerkg.

auf· iiberVerar·

nahme beitungs· Dauer· Dauer· lin. Form· Glut· Dauer·

Anwendungsgebiete zustand. E· biege· stand· Warme· bestan· festig· warme- naeh

DIN -Vor· modul festig' festigk. dehn· digkeit keit festig· 7 Tagen sehriften, ]0' keit (800 h) zahl (Martens) Giite· keit bei ° 0

usw. kg/em' kg/em' kg/em' 10"/°0 °0 grad °0 mg/em'

20° 0

50 300 - SO 150 4 215 40 Medizinisehe Gerate, Messergriffe, Mobel·

PreBharz besehliige, Gebrauehsartikel, Lager

no - - 30 150 4 215 50 } stark feuehtigkeitsbeanspr. Teile (Kabel· 130 - - 20 150 4 215 150 muffen unter der Erde), warmebeanspr. ]30 200 -. 20 150 4 215 150 Teile (Oeratesteeker, Lampenfassungen)

75 300 680 40 125 3 130 250 } 8ehr vifiseitig; elektr. lsolierteile, Sehalter· 65 150 - 30 125 3 130 250 kappen, Radiogehause; Typ 51 u. 54 bei 7705 65 - - 25 125 3 130 600 hoheren meehan. Beanspruehungen 7708

130 360 900 30 125 3 130 1000 Teile m. hoh. Feetigk., abo einfach. Formgeb. 57320 iO 250 - 30 125 2 100 600 wie Typ 51 form· 80 250 - 30 125 >: 100 1000 hoehfeste Teile, bes. Lager gepreBt

80 300 770 30 125 2 100 1000 Lagerwerkstoff

80 - - - ]00 3 90 400 wie Typ 31. in hellen Farben herstellbar

95 400 - 20 130 3 130 1200

}l"OO"H 80 350 - 20 130 3 100 _. } PM ..... TOre". Fo~"'. '>l, L .... schrauben, Zahnrader, Reibbelage, Lager

Platten-250 500 - - 120 2 130 - material

(Harte Form: ohne Weichma.cher)

30 _. - 80 65 1 100 0 Halbfabrikate, Apparateteile SpritzguB

30 250 - 88 70 1 - 100 Scheiben f. Autobusse u. Flugzeuge, Platten· optisehe Glaser, Gebrauchsartikel material

50 - - 80 60 2 - 30 Skalen, Auskleidungen Platten, Sprltzgu~

3() 170 - 80 67 2 - 20 Halbfabr., Lager, saurefr. Apparate Platten-material

10 - - 110 65 1 - 400 Spritzteile, Lager, Fasern, Borsten SpritzguB

2100 2100 - 11,3 - 5 - - (Harte 2100 5500 - 11,3 ~ 5 - - HB30)

1200 1000 _. 11 - 5 - - wrgiitet

1100 - - 17 - - - - (Harte 520 260 - 21 - - - - 5/250/30)

100 - - - - 2 95 12000

392 A. Thum und C. M.Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

Als Fullstoffe konnen den Kondensationsharzen zur Erhohung der mechanischen und thermischen Bestandigkeit die verschiedenartigsten organischen und anorganischen Materialien zugesetzt werden. In pulveriger oder faseriger Form werden sie mit den noch nicht geharteten (gemahlenen oder wassergelosten) Harzen vermengt oder als Folien (Papier- oder Gewebebahnen, Holzfurniere) mit dem gelOsten Harz getrankt. Abb. 272 gibt einen Uberblick uber die hauptsachlichen Fullstoffarten und -anwendungsformen.

Abb.272. Herkunft und Verwendungsformen der Fiillstoffe.

Die Harz-Fullstoffgemenge werden als Pre/Jmassen bezeichnet. Sie konnen unter Warmezufuhr zu Formteilen ("FormpreBstoffe") oder auch zu Balbzeugen (Platten, Rohren u. dgl.) verpreBt und ausgehartet werden. Analog werden auch die harzgetrankten Folien vielfach als PreBmassen bezeichnet, die ebenfalls unter Druck und Warmezufuhr zu "SchichtpreBstoffen" weiterverarbeitet werden und sich vornehmlich ffir die Herstellung von Balbzeugen eignen.

Die Einteilung der hartbaren PreBstoffe wird durch Barzart und Fullstoffart bestimmt. Durch den FachnormenausschuB Kunststoffe im Deutschen NormenausschuB wurden in der sogenannten Typentafel (DIN 7708) die hartbaren PreBstoffe klassifiziert und mit Typennummern versehen. Die einzelnen Berstellerfirmen haben ffir die von ihnen produzierten Typen verschiedenartige Bandelsnamen. AIle Produkte mussen jedoch in gleicher Weise die in der Typentafel vorgeschriebenen Eigenschaften erfiillen, wenn sie als "tyj>isierte PreBstoffe" gelten sollen (vgl. Zahlentafell und Abschnitt 2. d "Eigenschaften").

{J) Nichthiirtbare (thermoplastische) Kunststoffe. Als "thermoplastische" Kunststoffe gelten die Polymerisations- und Polykondensationsprodukte, die in der Warme einen formbaren Zustand erreichen und durch anschlieBende Abkuhlung in der gegebenen Form fest werden. Dieser Vorgang ist reversibel, so daB Formteile aus derartigen

Arlen der KunststoiIe, Verarbeitung und Eigenschaften. 393

Stoffen oberhalb gewisser Temperaturgrenzen nicht mehr formbestandig sind.

Ausgehend von einfachen chemischen Verbindungen kommt man uber polymerisationsfreudige Zwischenprodukte zu den Polymerisaten (Abb. 273), dE?ren wichtigste als Polyvinylchlorid (PVC, Igelit PCU, Mipolam, Vinidur usw.), Polystyrol (z. B. Trolitul), Polymethacryl- und -Acrylester (Plexiglas, Plexigum), Polyathylen und Polyisobutylen (Oppanol B) bekannt sind. Neuerdings gewinnen auch die Poly tetrafluorathane (Teflon) und die Silikone sowie eine Reihe weiterer neuel Kunststoffe an Bedeutung, deren Entwicklung jedoch noch nicht ab-

Mnwifnl

Abb. 273. Polymerisationsprodukte - Nichthart.ende (thermoplastische) Kunstharze. (Nach "Kunststo/f·Taschenbuch", Carl Hanser·Verlag, Miinchen1952.)

geschlossen ist. Die Polyamide und Polyurethane (Ultramid, Nylon, Perlon u. a.) konnen durch Polymerisation oder durch Polykondensation entstehen. Die nichthartbaren Kunststoffe werden durch Pressen oder Spritzen zu Halbzeugen oder Fertigteilen verarbeitet.

b) Verarbeitung. Die Verarbeitung ist fur hartbare und fur thermoplastische PreBmassen grundsatzlich gleieh. Sie besteht meist in einer Formgebung unter Druck mit gleichzeitiger oder vorangegangener Erwarmung. Die Warme bewirkt bei den hartbaren Massen zunachst das FlieBen und anschlieBend das Ausharten in der Form. Die thermoplastischen Massen werden durch das Erwarmen in oder auBerhalb der Form formbar gemacht und dann in der Form abgekuhlt. Sie konnen auch ohne Anwendung von PreBdruck im SpritzguB verarbeitet werden.


V IYrbehandlung. Da Massen mit hohem Schuttvolumen groBe Fullraume fur die Formen erfordern, empfiehlt sich vielfach die Vortablettierung auf Tablettierpressen. Eine Vorwarmung der Massen (zweckmaBig in Tablettenform) erleichtert den PreBvorgang und verbessert die Eigenschaften der Fertigteile bei hartbaren PreBstoffen.

Die bisher iibliche Ofenvorwarmung wird in neuester Zeit immer mehr durch die Hochfrequenzvorwarmung verdrangt. Wegen der schlecht en Wilrmeleitung der Kunststoffe und insbesondere der aufgelockerten PreBmassen bietet die Hochfrequenzbeheizung die einzige Moglichkeit, die PreBmassetablette durch und durch gleichmaBig zu erwarmen. Sie kann auf diese Weise vor Einbringen in die Form bis dicht unter die FlieB- bzw. Hartetemperatur gebracht werden, so daB zum AusflieBen der Form geringere Drucke und zum Ausharten kurzere PreBzeiten erforderlich sind. Neben dieser wirtschaftlichen Verbesserung des PreBvorganges ergibt sich eine Qualitatssteigerung, weil die gleichrnaBige Durchwarmung eine gleichmaBige Aushartung auch bei groBeren Wandstarken gewahrleistet. Bei Erwarmung von auBen her (im Of en oder in der Form) besteht die Gefahr, daB die auBeren Schichten bereits anharten, bevor die inneren die Hartetemperatur erreicht haben, daB also unausgehartete Zonen und gasfOrmige Einschliisse im Innern des PreBteiles verbleiben.

Die einzelnen Verarbeitungsverfahren 1 fiir FormpreBteile lassen sich kurz folgendermaBen kennzeichnen:

Warmprej3verfahren fUr hart bare und thermoplastische PreBmassen: Einfiillen der dosierten PreBmasse, SchlieBen der Form durch schnelles Zufahren der Presse bis zum Beginn der Druckeinwirkung und langsame Steigerung des Druckes bis zur Verflussigung der Masse. Darauf Aushart en des PreBgutes in der Form bei hartbaren PreBmassen, bzw. Abkiihlen der PreBform bei thermoplastischen Massen.

Spritzprej3verfah1'en fUr hartbare und thermoplastische PreBmassen: Die zweckmaBig auBerhalb der Form vorgewarmte Masse wird aus einer Spritzkammer durch einen Kanal in die geschlossene Form gespritzt. Rei hartbaren Massen sind samtliche Teile beheizt, bei thermoplastischen Massen ist die Form gekiihlt 2.

Schlagprej3verfahren fur thermoplastische PreBmassen: Die auBerhalb auf FlieBtemperatur vorgewarmte Masse (Tablette oder Zuschnitt) wird in einer kiihl gehaltenen normalen PreBform schlagartig ausgeformt. Es genugt eine schnellzufahrende hydraulische Kunststoffpresse.

1 Vgl. Pabst-Saechtling-Zebrowsky: Kunststoff-Taschenbuch. Miinchen: Carl Hanser-Verlag 1952. - Stoeckhert, K.: Kunststoffe 41 (1951) 8.48.

2 Weprek, E.: Kunststoff-Technik 10 (1940) 8.289 u. Kunststoffe 32 (1942) 8.217.

Arlen der Kunststoffe, Verarbeitung und Eigensohaften. 395

Spritzgupverfahren fiir thermoplastische Massen: Zum Unterschied vom SpritzpreBverfahren wird hier die fliissige Masse aus einem beheizten Spritzzylinder durch eine Diise unmittelbar in die geschlossene kiihl gehaltene Form gespritzt.

Fiir die Herstellung von Halbzeugen (Platten, Vliesen, Profilstangen, Rohren usw.) werden im Prinzip ahnliche Verarbeitungsverfahren angewandt. Die PreB- oder Spritzform ·ist jedoch hier durch geeignete Vorrichtungen zur Erzielung einer fortlaufenden Fertigung ersetzt (Plattenpressen, StrangpreBverfahren, Kalanderverfahren u. a.). Platten aus hartbaren SchichtpreBstoffen werden in der Weise gefertigt, daB die harzgetrankten Bahnen, gegebenenfalls mit gekreuzter Faserrichtung, aufeinandergelegt und auf beheizten Plattenpressen (meist Etagenpressen, PlattengroBe bis 2 m2) verdichtet und ausgehartet werden. Zur Herstellung geschichteter Rohre werden mit Harzlosung getrankte Gewebe- oder Papierbahnen vorgewarmt und auf Wickelmaschinen unter Spannung auf einen eisernen Dorn gewickelt. Durch beheizte Druckrollen wird dabei das Harz erweicht und vorgehartet. Die Aushartung erfolgt anschlieBend im Of en auf dem Dorn ohne zusatzlichen Druck ("nur gewickelte Rohre") oder durch Nachpressen in beheizten Formen ("gewickelte und gepreBte Rohre").

Die Verarbeitungsbedingungen bewegen sich fiir die hartbaren PreBmassen in verhaltnismaBig engen Grenzen. Die PreBtemperaturen liegen zwischen 140 und 180 0 C, die iiblichen PreBdriicke zwischen 250 und 350 kgJcm2 (fiir hochfeste Massen bis 600 kgJcm2). Die PreBzeit richtet sich nach der Starke des PreBteils und schwankt zwischen 30 und 60 sec je mm Wanddicke. Bei Vorwarmung verkiirzt sich naturgemaB die Standzeit in der Form.

Fiir die groBe Zahl der thermoplastischen Kunststoffe sind die Verarbeitungsbedingungen sehr unterschiedlich. Sie werden bestimmt durch die Herkunft des Polymerisates und seine Verarbeitungsart.

c) Bearbeitbarkeit harter Kunststoffe. IX) Spangebende Bearbeitung. Hartbare Kunststoffe. Bei der spanabhebenden Bearbeitung von hartbaren PreBstoffen tritt ein starker WerkzeugverschleiB auf, weshalb am besten Hartmetallwerkzeuge verwendet werden. Auch keramische Werkzeuge (Sintertonerde, Borkabide) haben sich bewahrt, da sie auch beihohen Schnittgeschwindigkeiten eine gute Schneidhaltigkeit haben. Bei groBen Stiickzahlen lohnt sich vielfach die Verwendung von Diamantwerkzeugen, die den Vorteil haben, mit sehr geringer Wiirmeent~icklung zu arbeiten und auBerdem durch besEere Gliittung der Oberflache eine geringere Festigkeitsabnahme mit dem Entfernen der PreBhaut zu verursachen als andere Werkzeuge.

396 A. Thum und O. M. Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

Allgemein ahnelt die spanabhebende Bearbeitung der von Hartholz oder Messing, jedoch ist die gegenuber Metallen ungunstige Ableitung der entstehenden Warme zu beachten. Die Bearbeitungstemperatur darf 150° C nicht uberschreiten, da sonst Zersetzung eintritt. Es ist deshalb die Abnahme kleiner Spanquerschnitte erforderlich (geringe Vorschube), deren Unwirtschaftlichkeit man durchhohe Schnittgeschwindigkeiten auszugleichen sucht. Schmiermittel sollen jedoch wegen der Quellbarkeit der Kunststoffe vermieden werden. Gekuhlt wird am besten mit Druckluft oder Saugluft, die zugleich zum Entfernen der Spane und des anfallenden Staubes dienen kann. Bei der Bearbeitung von Schichtstoffen kann leicht ein Trennen der Schichten auftreten. Urn das zu verhindern und auch zur Vermeidung des Ausbrechens von Kanten legt man Platten aus Leichtmetall oder Hartholz bei, die mitzerspant werden.

Sagen lassen sich die PreBstoffe mit Kreis- oder Bandsagen mittlerer Zahnung, die nur wenig geschrankt sind. Ungeschrankte Kreissagen mit gut hinterschliffenen Zahnen und vom Rand nach der Mitte zu abnehmender Blattdicke ergeben die besten Schnitte. Vielfach werden auch Trennschleifscheiben geeigneter Kornung zum Schneiden bevorzugt, weil sie einen sehr sauberen Schnitt haben.

Zum Drehen soIl der Freiwinkel der Stahle etwa 8°, der Spanwinkel 15 bis 25° betragen. Ein leichtes Abrunden der Stahlspitze (2 mm Radius) erhoht die Sauberkeit der Drehflachen.

Fraser werden zweckmaBig mit aufge16teten Hartmetallschneiden versehen oder als Messerkopfe ausgebildet. Am geeignetsten hat sich, besonders fur die Bearbeitung von Schichtstoffen, die Kreuzverzahnung erwiesen, bei der eine Schneide nach links, die nachste nach rechts arbeitet. Der gunstigste Spanwinkel der Schneiden liegt bei 20 bis 25°, der Freiwinkel bei 20° und der Keilwinkel bei 40 bis 45°.

Beim Bohren ist wegen der ungunstigen Spaneabfuhr besonders auf den richtigen Drall und den Spitzenwinkel der Spiralbohrer zu achten. Fur Bohrer mit weitem Drall verwendet man Spitzenwinkel von 60 bis 90°, mit engem Drall90 bis llO°. Wenn sich die Bohrspane als Flocken oder besser noch als Locken ergeben, sind diese Daten und auch Umlaufgeschwindigkeit und Vorschub richtig. Mehlige Bohrspane sind dagegen zu vermeiden, sie fUhren zur Verstopfung des Bohrloches und damit zu Uberhitzung und zum AbreiBen des Bohrers. Fur groBere Bohrungen verwendet man meist Ausstechvorrichtungen, wie Kreisschneider u. a. Auch das Ausschlagen mit Diamantwerkzeugen hat sich besonders fiir die Bearbeitung von Lagerbuchsen bewahrt.

Gewindeschneiden erfordert besonders Vorsicht und bringt starken WerkzeugverschleiB. Fur kleine Gewinde in Massenteilen hilft man sich


vielfach durch Einpressen von Vierkantlochern, in die sich die eingedrehten Schrauben ihr Gewinde selbst schneiden. 1

Schleifen kann man auf Tellerscheiben oder auf endlosen Schmirgelbandern, polieren mit geeigneten Poliermitteln auf Schwabbelscheiben.

Zahlentafel2. Richtwerte tur die spanabhebende Bearbeitung von Schichtstotfen.

(Aua Werkstattblatt 90 Carl Hanser-Verlag)

Schnittgewindigkeit Vorschub Werkzeugform

a = Freiwinkel m/min. mm 'Y = Spanwinkel

Drehen Schnellstahl 80-100 0,3-05, IX = 8°

Hartmetall 100-250 0,1-0,3 Y = 25° IX = 8°_10° Y = 15°

Frasen Schnellstahl 40-50 0,5-0,8 IX = 20-30° Hartmetall 200-1000 1 y = 20-25°

Hobeln Schnellstahl 15-20 0,4-0,8 IX = 10°, Y = 15° Hartmetall 50-60 0,2-0,5 Neigungswinkel6°

Bohren y = 10° Schnellstahl 40-70 0,2-0,4 Hinterschliff SOo Hartmetall 90-120 0,2-0,4 steiler Drall,

SpitzenwinkeI60-100°

Sagen Kreissage 2500-3000 IX = 30°_40° Bandsage 1500-2000 y = 5·8°

Schlei/en 1800-2000 Kornung 60, Harte M, Wasserkiihlung

1 Hahere Werte auf Oberfrase.

Zum Schleifen oder Polieren von Massenteilen konnen auch Trommeln benutzt werden, in denen das Arbeitsgut mit Hartholzspanen und nassen oder trockenen Schleifmitteln umgewalzt wird.

1 Turnwald, H.: Kunststoffe 38 (1948) S. 105.

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Das Entgraten von FormpreBteilen kann in Trommein aUS Maschendraht geschehen, meist aber durch Handbearbeitung mit Hilfe von Schaber, Feile, Sandpapier usw.

Nichthiirtende Kunststoffe. Die thermoplastischen Kunststoffe lassen sich sehr gut bearbeiten, jedoch ist in jedem Fall zu starke Erwarmung zu vermeiden, damit die Stoffe nicht erweichen. Man kuhlt deshalb mit Druckluft oder, soweit die Quellbarkeit des Stoffes es zulaBt, mit Seifenwasser, Terpentin- oder Maschinenol. Die geringe Warmeerzeugung bei Diamantwerkzeugen ist hier besonders vorteilhaft.

Zum Siigen konnen die gleichen Werkzeuge wie fur die Holzbearbeitung verwendet werden. Beim Drehen halt man sich mit Werkzeugen und Schnittgeschwindigkeiten etwa an die Bearbeitung von Leichtmetall. Ebenso haben sich beim Friisen die Werkzeuge und die Bearbeitungsweisen der Leichtmetall- oder Messingverarbeitung bewahrt. Zum Bohren sind wie bei hartbaren Kunststoffen stumpfere Spitzenwinkel als bei Metallbohrern erforderlich. Fur groBere Bohrungen sind auch hier Ausstechvorrichtungen zweckmaBig. Das Polieren ist bei den verhaltnismaBig weichen Stoffen sehr einfach und kann auch in Trommeln vorgenommen werden. Bei durchsichtigen Thermoplasten, deren Oberflache durch spanende Bearbeitung matt geworden ist, wird vielfach das Flammpolieren angewandt, ein rasches Bestreichen der Flache mit einer Wasserstoff-Sauerstoff- oder Sauerstoff-Azetylen-Flamme, das aber einige Geschicklichkeit erfordert.

Fur genauere Einzelheiten uber Schnittgeschwindigkeiten, Vorschube und sonstige Daten zur Bearbeitung von hartbaren und nichthartenden Kunststoffen sei auf die Literatur 1 und auf die von verschiedenen Stellen herausgegebenen Werkstattblatter2 verwiesen.

fJ) Verbindende Arbeiten. Das SchweifJen von hartbaren Kunststoffen ist wegen der erfolgten Aushartung der darin enthaltenen Harze nicht moglich. Dagegen ist ein groBer Teil der thermoplastischen Kunststoffe sowohl mit als auch ohne Auf trag schweiBbar 3. Die Erwarmung kann bei der notigen Vorsicht mit dem Brenner meist aber im HeiBluftstrom vorgenommen werden, neuerdings setzt sich jedoch die Hochfrequenzerwarmung unter gleichzeitigem Druck immer mehr durch. Auf diesem Prinzip arbeiten die Punkt- und NahtschweiBmaschinen fUr Kunststoffe, die besonders in England und den USA schon sehr verbreitet sind'.

1 z. B. Jahn, W.: Kunststoffe32 (1942) S. 143. - Zickel, B.: Kunststoffe. 41 (1951) S.77. - 2 Werkstattblatter: Miinchen: Carl Hanser-Verlag, VDI·Richtlinien. Diisseldorf, VDI·Verlag.

3 Krannich, W.: Handbuch fiir Vinidur und Oppanol. , Baim, G. u. B. P. Zade: Welding of Plastics. London 1947.

400 A. Thum und C. M. Frkr. v. Meysenbug: KunststofIe.

Zum Kleben sowohl von hartbaren als auch von thermoplastischen Kunststoffen eignen sich eine groBe Anzahl von Kunstharzklebern, die je nach dem Anwendungszweck auszuwahlen sind und durch Li.isungsmittel, Katalysatoren und Beschleuniger entsprechend eingestellt werden ki.innen 1. Zu ihrer Aushartung wird ebenfalls vielfach die Hochfrequenzbeheizung angewandt.

d) Eigenschaften. Die in den vorangegangenen Abschnitten skizzierte Herkunft und Entstehung der Kunststoffe bedingen ihre von den gewohnten Konstruktionswerkstoffen zum Teil stark abweichenden Eigenschaften. Erst die Kenntnis dieser Eigenschaften ermi.iglicht die "werkstoffgerechte" Verwendung der einzelnen Kunststoffsorten auf den verschiedenen Gebieten der Technik. Wahrend fur die hartbaren Kunststoffe die Wer kstoffkennwerte weitgehend festliegen und bei den typisierten Sorten dieser Gruppe auch mit Sicherheit erzielbar sind, hangen bei den Thermoplasten die Eigenschaftswerte, besonders die mechanischen Festigkeiten, stark von der Verarbeitungsart und von den Zusatzen an hartenden oder weichmachenden Bestandteilen abo Wenn daher im folgenden eine Dbersicht uber die zahlenmaBig erfaBbaren Eigenschaften gegeben wird, so stellen die Werte fur die hartbaren Kunststoffe Mindestwerte, fUr die thermoplastischen Kunststoffe Richtwerte fUr den harten Zustand dar.

Ein Teil der mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften ist fUr die hartbaren PreBstoffe in der Typentafel DIN 7708 festgelegt, die als Grundlage fill die amtliche Uberwachung zur Typisierung dieser Stoffe dient. Die Herstellerfirmen ki.innen sich einer solchen Uberwachung durch das Materialprufungsamt Berlin-Dahlem oder durch die Staatliche Materialprufungsanstalt Darmstadt unterziehen und erhalten von dort die Berechtigung, ihre Produkte mit dem Uberwachungszeichen nach DIN 7702 in den Handel zu bringen, sofern sich bei der Uberprufung keine Beanstandungen ergeben. Damit soIl den Verbrauchern die Einhaltung der in der Typentafel vorgeschriebenen Mindestwerte garantiert werden. In der Zusammenstellung Zahlentafell sind die typisierten PreBstoffe und die in der Typenta£el geforderten Eigenschaften durch starkere Umrandung hervorgehoben.

Das spezi(ische Gewicht ist bei den hartbaren Kunststoffen von der Art und Menge des Fullstoffes abhangig und bewegt sich zwischen 1,4 (organischer Fullstoff) und 1,9 g/cm 3 (anorganischer Fullstoff). Fur die nichthartenden Kunststoffe kann es mit etwa 1,0 bis 1,4 g/cm 3 angegeben werden.

1 Hocktlen, A.: Kunststoffe 41 (1951) S.53.

.Artan der Kunststoffe, Verarbeitung und Eigenschaften. 401

Die mechanischen Eigenschajten sichern vielen der ursprunglich als "gummifreie nichtkeramische IsolierpreBstoffe" entwickelten Kunststoffe die Verwendung als Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau und fur Gebrauchsgegenstande, bei denen es auf mechanische Festigkeit ankommt. Sie sind dabei nicht als Ersatz- oder "Austausch"-Stoffe zu werten, sondern sie bringen bei sinnvoller Anwendung und geeigneter Gestaltung der Konstruktionsteile vielfach Vorteile, die mit den vorher an der gleichen Stelle verwendeten Werkstoffen nicht erzielt werden konnten. Es sei hier nur an den gerauscharmen Lauf von Kunststoffzahnradern und an die betrachtliche Gewichtsersparnis erinnert, die neben der einfachen Formgebungsmoglichkeit uberall in Erscheinung tritt, wo Metallteile durch Kunststoffteile abgelOst werden.

Die FestigkeitsU'erte werden analog den Festigkeitsversuchen der allgemeinen Materialprufung ermittelt, und zwar gilt als wesentlicher Kennwert die Biegejestigkeit. Fur nichtgeschichtete PhenolharzpreBstoffe kann man mit Biegebruchspannungen zwischen 500 und 1000 kg/cm2 1

rechnen, fur Thermoplaste je nach Zahigkeit mit etwa 900 bis 1200kg/cm2•

Phenolharzschichtstoffe haben, wenn die Biegeebene parallel zu den Schichten verlauft, Biegefestigkeiten von 1200 bis 2400 kg/cm2• Die Proben werden nach Moglichkeit in vorgeschriebenen Abmessungen in besonderer Form gepreBt oder auch (z. B. SchichtpreBstoffe) aus Platten herausgeschnitten. Die Ergebnisse sind stark von der ProbengroBe und von den Prufbedingungen a bhangig, weshalb zur Bestimmung der Biegefestigkeit, Schlag- und Kerbschlagziihigkeit besondere Prufgerate entwickelt wurden. Um diese Eigenschaftswerte auch an kleinen, aus Fertigteilen entnommenen Probestucken erfassen zu konnen, bedient man sich bislang des sog. Dynstatgerates, dessen MeBwerte aber wegen der Struktur- und Kerbempfindlichkeit der kleinen Proben sehr stark streuen und nur untereinander vergleichbar sind. Die Zugfestigkeit wird an Flachstaben, die Druckjestigkeit an Wurfeln vorgeschriebener GroBe ermittelt. Die Zugfestigkeit interessiert hauptsachlich beim Vergleich mit met allis chen Werkstoffen. Fur nichtgeschichtete PhenolharzpreBstoffe liegt sie zwischen 150 und 800 kg/cm2 , fur Polymerisate im Durchschnitt etwas hoher. SchichtpreBstoffe kommen an die Zugfestigkeit von GuBeisen heran. Die Hiirte errechnet sich mit Rucksicht auf die Kriecheigenschaften der Kunststoffe nicht aus dem Eindruckdurchmesser, sondern aus der Eindrucktiefe einer 5 mm-Kugel, die unter Last (50 kg) nach 10 und nach 60 sec abgelesen wird. Die Prufvorschriften zur Ermittlung dieser Eigenschaften sind in den DI~-Blattern 53452-53457 festgelegt. Zahlentafel 1 gibt Richtwerte

1 Bei der Festigkeitspriifung von Kunststoffen ist die Dimension kg/cmi iiblich.

26 KUhnel, Gleitlager, 2. Auf I.

402 A. Thurn und C. M. Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

IiiI' die ycrsehiedenen Kunststoffsorten im Vergleich mit einigen Lagerwerkstoffen.

Die Dauerfestigkeit kann bei hiirtbaren Kunststoffen fur ZugschweHbeanspruehung mit eb,'a 50-60% der Zugfestigl,eit, fur Riegeweehselbeanspruchung mit 25-40 0/ 0 der Riegefestigkeit angenommen werden. Bei Sehiehtstoffen ist das Verhiiltnis ungunstiger als bei PreGstoffen mit puhTigem Fullstoff, weil die Zerriittung durch ein Li:isen del' Sehiehten eingeleitet wird. Dauerfestigkeitswerte fur niehthiirtende Kunststoffe liegen bisher nur wenige vor, danach scheint aber die Biegeweehselfestigkeit bei nur etwa 15-20% der Biegefestigkeit anzunehmen zu sein.

Die Dauerstandfestigkeit ~iimt1icher, insbesondere aber der thermoplastisehen Kunststoffe liegt infolge des starken Kriechens schon bei Raumtemperatur tie fer als die Festigkeit bei kurzzeitiger Beanspruchung 1 . Versuehe uber 800 Stunden ergaben z. B. fur die Riegefestigkeit bei Typ 31 nUl' mehr 93%. bei Typ 57 nur 71-75% der J3iegefestigkeit im Kurzyersuch 2. Bei Extrapolation uber 5 Jahre erhiilt man eine Dauerstandzugfestigkeit der PhenolharzpreBstoffe yon nur noeh 35 0/ 0 del' Kurzzeitzugfestigkeit, wahrend sie bei yersehiedenen Thermoplasten schon naeh 1 Jahr auf rund 20% absinkt 3.

Von den thermischen Eigenschafttn ist bei der Kombination von Kunststoffteilen mit Stahl und anderen Metal1teilen YOI' aHem die lineare Warmeausdehnung yon Interesse. Der Ausdehnungskoeffizient maneher SehiehtpreGstoffe unterscheidet sich nieht wesentlieh von dem yon Stahl (11.1O- 6/ o C), bei Typ 31 kann er jedoeh den 4- bis 5-fachen, bei einigen Thermoplasten den 10-fachen Wert erreiehen. Von den Aus,yirkungen diesel' untersehiedliehen Wiirmedehnungen, insbei'Ondere bei eingebauten Lagerbuehsen, wird an anderer Stelle (S. 409) noeh die Rede sein. Die Warmeleitfahigkeit liegt weEEntlich niedriger als bei Metallen, sie kann - mit durch Aufbau bzw. ]'ul1stoff bedingten Abweiehungen - im Durehsehnitt fur alle Kunststoffe zu etwa 1/1000 Yon del' des Kupfers angenommen ,,,erden.

In dem yIaBe, "'ie das Krieehen schon bei Raumtemperatur auftritt, macht sich auch die Temperaturabhiingigkeit der Festigkeit bei den Kunststoffen bemerkbar. Als MaGstab hierfiir gilt die "Daueru'a17nefestigkeit", d. i. die Temperatur, bei der das Material 200 Stunden ge-

1 Fur Stahl sind diese Erscheinungen erst bei erhohten Temperaturen zu beobachten: A. Thurn u. K. Richard: Arch. f. Eisenhuttenw. 17 (1943/44), S.29. -Richard, K.: Archiv f. Metallkde. 3 (1949) S. 157.

2 Vgl. Thurn, A. u. H. R. Jacobi: VDI-Forschungsheft 396. Berlin: VDI-Verlag, 1939. - 3 Vgl. Staff, Quackenbos u. Hill: Modern Plastics 27 (Febr. 1950), S.93; bespr. in Kunststoffe 40 (1950) S. 365.


halten werden kann, ohne mehr als 10% in seinen mechanischen Eigenschaften abzunehmen. 1m allgemeinen wird jedoch nur die rasch zu ermittelnde "Formbestiindigkeit in der W iirme" angegeben, urn einen Anhalt fur das Festigkeitsverhalten des Werkstoffes bei steigender Temperatur zu haben. In einem Warmeschrank mit vorgeschriebenem stetigem Temperaturanstieg wird nach dem Martensverfahren ein Probestab festgelegter Abmessungen, nach dem Vicatverfahren eine beliebige Probe (auch Fertigteil) einer definierten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Als Kenngr613e wird die Temperatur gemessen (Martensgrad bzw. Vicatgrad), bei der eine bestimmte Verformung erreicht ist. Die PrUfung ist rein konventionell und erfordert deshalb genaueste Einhaltung der V ersuchs bedingungen.

Die Gluttestigkeit gibt daruber Aufschlu13, wie sich das Material bei auftretenden Feuererscheinungen verhiilt, d. h. wenn es, meist kurzzeitig, mit offener Flamme oder Glut, also einer Heizquelle von konstanter hoher Temperatur, in Beruhrung kommt. Das Verfahren nach Schramm-Zebrowski ist hierfur recht gut geeignet, wenngleich es auch nur ein Vergleichsverfahren sein kann. Die Stoffe werden hier nach Gutegraden klassifiziert: Gutegrad ° verbrennt v611ig, Gutegrad 5 ist unbrennbar.

Die Maf3haltir;keit der Kunststoffe wird nicht allein durch die Feuchtigkeitsaufnahme, sondern schon bei der Herstellung der Formteile durch die Sch~cindung beeinfluBt. Die hartbaren Kunststoffe schwinden zwischen 0,25 und 0,8%' wobei die Typen mit anorganischen Fullstoffen die geringste und Typ 31 die starkste Schwindung aufweisen. }'ur nichthiirtende Spritzgu13massen rechnet man mit Schwindungen von 0,5 bis 2% je nach Art des Stoffes. Der FeuchtigkeitsgehaU beeinflu13t naturlich nicht nur das Gewicht des Kunststoffes, sondern die meist wesentlichere Auswirkung ist die MaBveranderung durch Quellung und Schrumpfung, die durch Feuchtigkeitsaufnahme bzw. -abgabe bedingt werden. Quellung und Schrumpfung (bei Wasser- oder 01-benetzung) sind zeit-, richtungs- und temperaturabhiingig 1. 1m einzelnen wird auf diese MaBiinderung durch Schrumpfung und Wiirmedehnung an anderer Stelle noch eingegangen (S. 408).

Die elektrischen Eigenschaftcn sind bewnders fUr die hartbaren Kunststoffe von Bedeutung, die den Hauptanteil der heute gebriiuchlichen lsolierstoffe ausmachen. Fur die Verwendung als Lagerwerkstoffe sind sie jedoch uninteressant und deshalb auch in der Zahlentafel 1 nicht aufgefUhrt.

1 Rohrs, W. u. R. l>forhard: Kunststofftechnik 10 (1940) S. 113. - Vieu:eg, R. u. W. Schneider: Kunststoffe 31 (1941) S. 215.

26*


Die chemische Bestiindigkcit der Kunststoffe ist je nach Art des angreifenden und des angegriffenen Stoffes sehr unterschiedlich. Yiele Kunststoffe zeichnen sich durch hohe Bestandigkeit gegen Sauren und Laugen und besonders gegen Kohlenwasserstoffe der verschiedensten Fraktionen aus. 1m einzelnen solI hierauf im Rahmen dieser Arbeit nicht naher eingegangen .verden. Von grundlegendem Interesse ist jedoch die Wasseraufnahme, da ane Kunststoffe bei jeglicher Yerwendung irgendwie mit Wasser im flussigen oder dampfformigen Zustand in Beruhrung kommen. Leider sind die Prufmethoden noch nicht einheitlich festgelegt, es wird die Gewichtszunahme sowohl nach 4-tagiger als auch nach 7-tagiger Wasserverlagerung in % oder in mg/Oberflacheneinheit angegeben. Dabei spielen die Abmessungen der Probe und die Beschaffenheit der Oberflache (PreBhaut oder Schnittflache) eine erhebHche Rolle. Neuerdings wird daher vorgeschlagen, die Priifung an Flachstababschnitten von 30 x 15 x 4 mm vorzunehmen und die Wasseraufnahme nach 1, 4 oder 7 x 24 Stunden in mg/cm2 zu bestimmen.

3. Anforderungen der Lagerherstellung an den KunststoU.

a) Verwendbare Werkstoffe. Fur die Herstellung von Kunststofflagern werden in erster Linie PhenolharzpreBstoffe mit verschiedengearteten Fullmitteln verwendet. In den letzten ahren gewinnen auch einige Polymerisate und besonders die Polyamide als Lagerwerkstoffe an Bedeutung.

Als Fu11mittel der hartbaren PreBstoffe sind fUr Lagerzwecke die fasrigen den pulvrigen vorzuziehen. So kommen holzmehlgefullte PreBmassen als Lagerwerkstoffe kaum in Betracht, Gesteinsmehlfullungen sind wegen ihrer verschleiBbegunstigenden Wirkung zu vermeiden. Ze11stoff- und Textilschnitzel, fUr Lager mit hohel' thermischer Beanspruchung auch Asbestfasern und -gespinste, sind die Fullstoffe fUr nichtgeschichtete PreBstofflager. Fur hohe Lagerbelastungen haben sich bei geeigneter Herstellung die Ze11stoff-, Papier- und Textilschichtstoffe am besten bewahrt. Fu11stofffreie Edelkunstharze (PreBharz oder GieBharz) sind gelegentlich auch als Lagerwerkstoffe verwendet worden.

Wie bei Metallegierungen, so wird auch bei Kunststoffen versucht, durch besondere Zusatze zur PreBmasse die fUr die Verwendung als Lagerwerkstoff erwunschten Eigenschaften hervorzuheben. So kann man z. B. dem Trankharz fur Gewebebahnen ko11oidalen Graphit beigeben, um eine gleichmaBige Durchsetzung der Hartgewebelager mit dies em Gleitmittel zu erzielen. 1m Hinblick auf die Warmebeanspruchung werden auch Glasgewebe oder Glaswo11e als Fiillstoffe verwendet und zur Erhohung der Gleiteigenschaften Kreide zugesetzt.

Die Polyamide fiihren ihren Ursprung auch auf das Phenol zuriick und werden durch Polymerisation oder auch durch Kondensation als

Anforderungen der Lagerherstellung an den Kunststoff. 405

nichthiirtende Harze in verschiedenen Verfahren gewonnen. In Amerika gehen sie unter dem Namen Nylon - was nicht zu der irrigen, aber vielfach gehorten Annahme verleiten darf, daB Nylonlager mit Nylonfasern gefullte KunstharzpreBstofflager waren. In Deutschland ist einem solchen Irrtum vorgebeugt, indem die Spinnfaser Perlon, das feste Produkt aber Ultramid, Trogamid u. ii. genannt wird.

Wenngleich eine Aufzahlung von Lagerwerkstoffen niemals Anspruch auf Vollstiindigkeit erheben kann, so durften doch als Kunststoffe fur Lagerzwecke folgende Arten zu nennen sein: Typ 16, Typ 54, Typ 74, Typ 57, Typ 77 (DIN 7708), Hartpapier 2068, Hartgewebe 2088 (DIN 7735), FurnierpreBholz, Edelkunstharz, Polyamidsorten und gegebenenfalls einige Polymerisationsharze.

Der fur die PhenolpreBstoffe gultigen Einteilung nach der Art des Fullstoffes in geschichtete und nichtgeschichtete Lagerwerkstoffe konnen also als dritte Gruppe die fullstofffreien Kunststoffe angereiht werden.

b) Formgebung und Behandlung. Als geschichtete PreJ3stoffe haben sich fur klein ere Abmessungen vor aHem geschlossene Buchsen aus gewickelten und nachgepreBten Hartgewebe- oder Hartpapierrohren bewahrt. Die mit Harzlosung getrankten Gewebe- oder Papierbahnen werden vorgewarmt und auf Wickelmaschinen unter Spannung auf einen Stahldorn gewickelt. Dabei werden durch beheizte DruckroHen die Lagen aufeinandergepreBt, so daB das Harz erweicht und vorhiirtet. Die Aushartung erfolgt dann auf dem Dorn entweder im Of en (nur gewickelte Rohre) oder besser unter Druck in einer :Form (gewickelte und nachgepreBte Rohre) bei Temperaturen zwischen 120 und 150 0 C. Die Wickelrohre konnen in den erforderlichen Lagerdurchmessern hergestellt werden, so daB die Buchsen ilUr auf Liinge abzutrennen sind. Fur genaue Einhaltung der Durchmessertoleranzen sind sie jedoch spanabhebend nachzuarbeiten, wobei dann die unterschiedliche Quellbarkeit der gepreBten und der gespanten Laufflache mit dem Schmiermittel beachtet werden muB (vgl. S. 408). Auch geteilte Lager lassen sich nach dem Wickelverfahren anfertigen, wenn man den Dorndurchmesser entsprechend kleiner wahlt, die Rohre dicker aufwickelt, dann auf Lagerlange absticht, teilt und nacharbeitet.

GroBere Halbschalen oder Segmente fur Walzenlager mit oder ohne Bund aus Schichtstoffen werden in der Weise hergesteIlt, daB die Bahnen zuerst auf die Form des PreBlings zugeschnitten, aufeinandergeschichtet und anschlieBend in Formen verpreBt werden. Heim Verpressen von Schichtstoffen zu komplizierteren Formen besteht die Gefahr, daB an Stellen schroffer Ubergange die Bahnen zerreiBen und damit die Festig-

403 A. Thum und C. M . Frhr. v. M eysenbug: Kunststoffe.

keit derartiger PreBteile betriichtlich herabgesetzt wird . Um dies zu vermeiden, wird vielfach eine gestufte Aufbereitung angewandt, d. h . schwierige Formstucke werden aus einfachen , in entsprechenden Formen vorverdichteten Einzelteilen , z. B. Lagerkorper und Rund, zusammengefugt und anschlieBend in del' endgultigen PreBform zu einem Sttick warmverpreBt.

Zu den geschichteten Lagern sind auch die Wellenwickellager zu zahlen, bei denen der PreBstoff in Form harzgetrankter bandfOrllliger Gewebe in mehreren dunnen Schichten (bis zu einer Gesallltschichtdicke von 2 mm) auf die Laufbahn des Zapfens gewickelt wil'd. Durch gleichzeitiges Vel'pressen hiirtet das Harz a n und verleill1t haftsicher mit del' metallischen Unterlage. AnschlieBend wird nachgehartet und die Oberflache durch Spanabnahme geglattet (vgl. auch S. 429 u. 441) .

Senkrecht zur Achse geschichtete Lagerbuchsen konnen aus ringforll1igem Zuschnitt lei cht formgepreBt werden, bedtirfen jedoch dann meist einer Nachbearbeitung der Laufflache. Ihre praktische Verwendbarkeit ist durch die Quell- und Spaltempfindlichkeit del' angeschnittenen Schichten in del' Lauffl iiche beschrankt. Fur Einzelanfertigungen werden gelegentlich solche Lager aus Platten odeI' vollen Blocken heraus

Auu. 2H. Beispiel einer l'rcllform f ur I .. agcrbuchscll.

gearbeitet. Hier gilt das gleiche hinsichtlich der praktischen Rewiihrung; zur Se:'ienfertigung ist dieses Verfahren natlirlich zu unwirtschaftlich.

N i chtgcschichtete PrejJstotte werden fur L ager fast ausschliel3lich formgepreBt. Die PI'eBwerkzeuge sind zweiteilige, aus ObeI'- und Unterstempel bestehende Formen aus gehartetell1 Stahl mit polierter , besser noch verchromter OberWiche. Ihre Herstellung ist kostspielig und macht sich erst bei groBen Stuckzahlen bezahlt. Rei sachgemiiBer Behandlung ist jedoch die Lebensdauer der PreBformen sehr hoch. Bei kleinen Lagerablllessungen und groBen Prod ukt ionsmengen lohnen sich unter Ulll

st iinden auch Mehrfachformen, in denen mit einelll PreBvorgang lllehrere Lager gefertigt werden konnen. Die F ormen werden je nach Gegebenheiten elektrisch odeI' mit Dampf oder auch mit Gas beheizt. Hochfrequenzbeheizung von P reBfoI'men i st wohl schon erprobt worden, jedoch wird dieses R eizverfahren bisher vornehmlich zur Vorwiirmung von PreJ3111assen angewendet. In Abb. 274 ist das Prinzip eiDer PreBform

Anforderungen der Lagerherstellung an den Kunststoff. 407

fur bundlose Lagerbuchsen dargestellt, deren Ober. und Unterstempel durch Heizbander (c) elektrisch beheizt werden. Vielfach werden auch elektrische Heizpatronen in den Formkorper eingesetzt. Bei Dampf. beheizung ist der Formblock von Dampfkanalen durchzogen. Die hier gezeigte Form ist als Uberlaufform konstruiert, d. h . der konische Innen· dorn (d), der auch als Auswerfer dient, hBt die uberschussige Prel3masse durch den Oberstempel (Kanal e) entweichen. Die Form wird deshalb bis zum Aufsitzen des Oberst em pels (a) auf dem Unterteil (b) , bzw. auf den fur verschiedene Lagerlangen auswechselbaren Distanzstucken (f) zu· gefahren. Bei Formen ohne Uberlauf mul3 die Fullung genau so dosiert werden, dal3 die Form nur bis auf einen schmalen Luftspalt zwischen Ober· und Unterteil zugefahren werden kann und somit der volle Prel3druck auf der Masse liegt.

Durch geeignete Ausbildung des WeI'kzeuges ist es moglich und auch zweckmal3ig, Schmiernuten und Oltaschen oder auch Verdreh. sicherungsleisten gleich in der Form vorzusehen und Metallteile, wie Schraubenbolzen, Verdrehstifte oder dergleichen , in die Lagerbuchse mit einzupressen. Dadurch wird nachtragliche Verspanungsarbeit er· spart. Wo allerdings besondere Anforderungen an Mal3haltigkeit, Oberfliichenbeschaffenheit der Lauffliiche usw. gestellt werden, lllul3 die Buchse ohnehin spanabhebend bearbeitet werden. (Uber maE· gerechte Bearbeitung s. S. 425.)

Fullstottfreie Kondensationsharze (reines Phenolharz, Edelkunstharz) werden nur selten venvendet. Ihre Herstellung entspricht der Form· pres sung der gefullten nichtgeschichteten La· ger. Die Vorteile, die ihnen vielleicht gegen· uber den Fullstofflagern zugesprochen werden konnten, sind hinfiillig geworden, seit die Poly. amide in die Reihe del' Lagerwerkstoffe geziihlt werden. Polyamidlager werden als Halbschalen

Abb.2i5. Lagerbucilsen aus Polyamiu . Spritzrohling und abgestochenc Buchse .

odeI' als Segmente fUr Walzenzapfenlager im Spritzgul3verfahren herge. stellt und bedtirfen da nn wegen ihrer AnpassungsHihigkeit und guten Ein· laufeigenschaften praktisch keiner Nacharbeit. Buchsen 'verden aus fliel3-technischen Grunden meist in axialer Richtung als geschlossene Tullen gespritzt, deren "Deckel" dann abgestochen werden mul3 (vgl. Abb. 275). Bei dunnwandigen Buchsen wird dieses Abstechen zweckm iil3ig nach Einbringen in das Lagergeh iiuse odeI' in einen Stahlring vorgenommen.

40S A. Thum und C. M. Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

4. Betriebsverhalten von Kunststofflagern.

SinngemaB sollten auf den Abschnitt tiber die Herstellungsverfahren nun einige Angaben tiber die Bemessung del' Lager und die bewiihrtesten Lagerbauformen folgen. Es erscheint jedoch angebracht, zuniichst auf das aus del' Eigenart des Werkstoffes bedingte Verhalten del' Kunststofflager einzugehen, wie es bei Priifstandversuchen und im praktischen Betrieb beobachtet werden konnte. Erst die Kenntnis diesel' bei :Metallagern vielfach unbekannten Erscheinungen vermittelt das notwendige Verstandnis flir eine werkstoffgerechte Gestaltung und Anwendung del' Kunststofflager.

a) Verhaltcn gegen Schmiermittel (Quellen und Schrumpfen). Die Quellneigung del' Kunststoffe tritt bei Lagern infolge del' notwendigen Anwendung von Schmier- und Kiihlmitteln immer in El'scheinung.

Zelf -- Tempero/IJr --

, , I :

800C: :90oC , I I I I

I ' , I I

Abo. 276. Schcmatischc Darstellunr der Zeit- und Tcmperatura,bhangigkeit der Schrumpfung von Kunststoffcn.

(:'Iach Vieu-eg und Schneider.)

Dahei ist die GroBe del' Quellung zunachst von del' Beschaffenheit des henetzenden }]jttels a hhangig: Wasser vel'ul'sacht die stiirkste Quellung, die hei EnlUlsi'onen mit geeigneten emulgierharen Olen nul' unwesentlich verringert wird. Schmierfette haben hoheren QuelleinfIuB als

Schmierole. ~['nter den Olen sind wiederum die zahfltissigen zu heyorzugen, bei denen die Quellung geringer ist und spiiter einsetzt als bei diinnfltissigen Olen.

Versuche zur Ergriindung del' Quell- und Schrumpfwirkungen wurden hauptsachlich an Hartgewebe vorgenommen 1. Es ergaben sich daraus verschiedene Verfahren Zlll' Vorhehandlung Yon I,agerbuchsen durch Triinken mit 01 bei erhohter Temperatur 2 und auch unter gleichzeitiger Anwendung yon Druck3 . In jedel1l Fall handelt es sich lUll eine Vorwegnahme del' Quellung YOI' del' Verwendung als Lager, so daB, da die Fliissigkeitsaufnahl1le einen Grenzwert erreicht, nach dem Ein hau keine groBeren MaBveranderungen Illehr fesizu"tellen "ind. Es i:-;t jedoch zu heachten, daB del' Einbau bald nach del' Vorhehandlung erfolgen llluB, weil son"t die "Vorquellung" durch Trocknen wieder teilweise odeI' ganz zuriickgehen kann.

1 z. B. P. Beuerlein: Schweizer Arch. angew. Wiss. Techn. 4 (19:lS) S. 191. Nitsche, R.: KUJlststoffe 33 (1\)43) K 11.

2 Beuerlein, P.: Kunststoffe 29 (1!l:{9) S.251. 3 Rohrs, W. u. R. Morhard: Kunststofftechnik 10 (1940) S. 113.

Betriebsvel'halten von KUllststofflagel'll. 409

Die Schrumpfung, als Umkehrung der Quellung: Verlust del' im Knnststoff enthaltenen Feuchtigkeit, ist namlich wie die Quel1ung zeitund temperaturabhangig, wie dies schemutisch in Abb. 276 dargestellt ist! . Der Steilabfall des Schrumpfungskoeffizienten liegt gemde in dem bei Lagern sehr hiiufig V()l'bllllmenden Temperaturhereich von 80 bis 90 ° C. Bei den untersuchten Gewebeschi chtstoffen wurde darliber hinaus noch eine Richtungsabhtlngigkeit festgestellt, und zwar ic;t die Schmmpfullg (also auch die Quellung) in Richtung del' Gewebebahnen groBer als senluecht duzlI .

An Buchsen au,; ungeflilltelll Phenolharz (GieBharz, PreBharz) wurden keine odeI' nur bei bearbeiteter Oberflache sehr geringe Quellerscheinungen beobachtet. Polyamidlager q llellen bei 01- ",ip

hei Wasserschmierllng sehr stark.

SlromzuliJllrung

f(OnIO~rmomeIer

MeBtnslrllmenl

Neben der Wirkung der Schmiermittel auf den Kunst- !

stoff ist auch umgekehrt die Wirkung der Kunststoffe auf das bI von Interesse. Hier kann allge-

Ahh . 277 . Versuchscinrichtung ZUI' !\'leS:-:iUllg del' Durclllllcsserveranderung von eingeuuuten

Lagerbuchsen.

mein gesagt werden, daB im Gegensatz zu manchen Lagermetallen die Kunststoffe keinen katalytischen, das 01 verschlechternden EinfluB ausuben.

b) Warmedehnung. Die Warmedehnung uberlagert sich bei Kunststofflagern meist mit den Quell- und Schrumpferscheinungen, so daB die Dehnungsverhaltnisse insgesamt recht kompJiziert werden. Der lineare W armeausdehnungskoeffizient andert sich wie der Schrumpfungskoeffizient mit der Zeit (Abb. 278)

A hh. ~78. :-lchematische Darstellungder ~eitalJhangigkcit der \Varmcuehnung von Kunststoffell. (Nach r ';eweg und

&lmeider.)

und ist bei SchichtpreBstoffen wiederum richtungsabhangig : In Richtung der Schichten ist er kleiner (0( II) als senkrecht dazu (0( .i ). Hinzu

1 Vieweg, R. u . W. Schneider: Kunststoffe 31 (1941) S. 215.

26a

7 !

410 A. 'l'hmn und C. M . Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

kommt, daB bei eingepreBten Kunststofflagerbuchsen die Warmedehnungen sich nicht frei auswirken konnen, sondern durch den umgebenden Metallkorper behindert werden.

Einen Einblick in diese Vorgiinge geben Untersuchungen, die mit

clil'lJl1IfJ/lJng fIIo ·t!i ·Llt da dm

'-'--+,-'---L-I....1...L..LL...LJ-l-...LJ-L-L...l.....I....Jh dl (- const) leil

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leil h.

Abb. 279 . Allswirkllng von Wiirmcdehllung lind Schrumpfung bei nichteingebullten ){lIllgtstoffhllehscn.

Schematische Darstellung des zeitlichcll Verlaufs.

LId

rod/u/e OelinlJng des ifiigel's 4W'i=:~r-r-=---------if{iger

einer hierfur entwickelten Versuchseinrichtung an Hartgewebebuchsen bei der Staatlichen Materialprii fungsanstalt Darmstadt durchgefUhrt wurden 1. Die Kunststoff-buchsen waren in ringformige Stahltriiger eingepreBt, die unter stark vereinfachenden Annahmen das Lagergehallse darstellen, und wurden durch einen elektrischen Of en , dessen Abmessungen denen der Welle entsprachen, von innen her aufgeheizt (Abb. 277). Die Durchmesserveranderungen konnten mit einem Fuhlhebelmel3instrument gemessen werden, dessen Wirkungsweise aus der Zeichnung hervorgeht. Die grundsatzlichen Ergebnisse dieser Versuche sind in Abb. 279 und

A O-t-rr...-lr--t:>,....:.:..--'--='"-:-::-T...J.....J.-,--=~:d:--,--;;<~ Abb. 280 als Verlauf del" I Zeit

Abb. 280. Auswirkung von Wiirmcdehnllng und Schrumpfung bei eingebauten Kunststofflagerbuchsen.

Schematische Darstellung des zeitlichen Verlallfs.

Abmessungen uber der Zeit aufgetragen. In Abb. 279 ist eine freie (nicht eingepreBte) Buchse angenommen, deren Innen-

durchmesser di del' Einfachheit hn.lber unveriindert bleibe. Infolge der Warmeeinwirkung vergroBert sich die ursprungliche Wanddicke too del' 13uchse um wo·al-· LIt. Praktisch erst mit Erreichen der Beharrungstemperatur setzt die Schrumpfung ein und verkleinert die Wanddicke wieder um wo·al-· LI t. Etwas spater beginnt del' mittlere Durch-

1 v. Meysenbug, C. M.: Kunststoffe 37 (1947) S.69.

Betriebsverhalten von Kunststofflagerl'. 411

messer dm der Buchse gleichfalls zu schrumpfen und dmo ' all . LI t. Rei eingepreBten Ruchsen ist weiterhin noch die Ausdehnungsbehinderung durch den Lagertrager zu beriicksichtigen, der einerseits einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als die Ruchse hat, andererseits bei Aufheizung von innen her nicht sehr stark t1di erwarmt wird. Dieser EinfluB ergibt einen Kurvenverlauf nach Abb. 280. Die anfangliche Verringerung des

Buchseninnendurchmessers d i ist durch das EinpreBiibermaB bedingt. Rei kleineren

EinpreBiibermaBen nimmtder Innendurchmesser beim Reginn der Aufheizung zu (Abb. 281). Wird der EinfluB der Schrumpfung durch Hinzutreten von Feuchtigkeit (Schmierlllittel) aufgehoben, so tritt der AbfaH der Kurven (Durchlllesserverklei -

nerung) nach Erreichen des Zustandes C. (Abb. 280) weniger stark in Erscheinung. In Abb. 281 ist dieser Kurventyp schwach eingezeichnet. Die behinder-ten Dehnungen fiihren

,,-- { / _, ........ ;kleJn 1/' '\ \

I. ' ,/ " -~__ beifeuc/Jtigkeits-

/1 .~::.--:--=.~-:-.=.:--= aufnahme /"':/ "',

Abu. 2~1. Verlauf der Durchmesseriinderung bel elngebauten Kunststoffiagcruuchsen in Abhiingigkeit vom EinpreLliibermaLle

uud von der ]<'euchtigkeitsaufnahme.

~ ~

~ /jl>l

"I '" _~~ ~ Welle ressen I 0 1 ---./Jelrieb" 2 J

letl freie /Juchse flus/ondJ . {-- bei Jchrumpfung

emgebaute Outihse ____ bei behindef'fer Schrumpfung

Abu.:282: Schematische Darstellung der Veriinderung des Lagerspiei. wiihrend des Versuchs bzw. BetrlebB.

yielfach zu plastischen Verforlllungen, d. h. ZUlll Herausfallen der Lagerbuchse aus dem Tragkorper nach dem Abklihlen.

c) Lagerspielveriinderungen. Die Anwendung dieser Erkenntnisse auf den praktischen Betrieb ergibt die in Abb. 282 schematisch zusammengestellten Veranderungen, die durch EinpreBspannungen, Temperatur und Schrumpfung yom Einbau liber die Betriebszeit bis zum Ausbau in der Lagerung vor sich gehen. Die Darstellung zeigt als Differenz zwischen Wellendurchmesser und Ruchseninnendurchmesser zu-

26a*

412 A. ThulI1 und C. 3J. Frhr. 1". J,Jeysenbug: Kunststoffe.

gleich die Verunderung des Lagerspieb yom Einbau der "freien" Euchse bis zu deren plastischer Verformung. Die angedeutete Schrumpfungsbehinderung kann durch Eimyirkung des Schmiermitteb oder auch durch konstruktiYe i\IaGnahmen erfolgen.

VersuchsmaGig hat sich als konstruktiye MaGnahme z. E. der Ein

_.,....,......,....,-,-.,......,......,.....,-.,.....,.....,.....,rr.,......,..--r-r-r- Tniger

d· C I

Zeit -

Abb. 283. Dllrchmcsserveranderung bei einer eingehallten Lagerbuchse, deren Dehnllngskoeffizient durch Einfilgen einer Feder

veriindert ist.

bau einer Feder in einen Lungsschlitz der Buchse bewahrt, die alle1IaGveranderungen a usgleicht und das Auftreten plastischer Verformungen verhinlert. Solche Buchsen

ergaben im Vergleich zu Abb. 280 einen Kuryenver1auf nach Abb. 283. Da aIle Lager-spie1yeranderungen, ob

durch Quellung, Schrul1lpfung oder vVarmedehnung hervorgerufen, temperaturabhiingig sind, ist das Laufverhalten Ro\\'oh1 bei Metallagern als inshesondere bei Kunststofflagern durch die Wilrmeahfuhr zu

Abb.284. Schematische Darstellung des-IReibungsund Temperaturverlaufs tiber der Belastung hei Ver

gr6Jlerung der Kiih16lmenge.

beeinflussen. Die tell1peraturbedingte Lagerspie1yerk1einerung kann nilm1ich zu einer "U mklalllmerung" der Welle fiihren, \Vomit die Lagerung festsitzt 'lmd ll1og1icherweise zerstort wird, ohne daB die Tragfiihigkeit . des Lagerwerkstoffes erschopft zu sein braucht. Abb.284 zeigt am Verlauf der Heibungs- und Telllperaturkurve tiher der Lagerhe1a;;tung,

wie dieser Vorgang durch stiirkere Kiih1ung "hinausge:-;choben" werden kann. Die kritische ("LTmklallllllerungs"-)Temperatur wird durch VergroGenmg der Schmiero1menge erst im Gehiet hoherer Be1astungen erreicht, der norll1a1e Reihungsyer1auf wird jedoch durch die Anderung der Olmenge nicht heeinfluGt, da fiir die reine Schm ierung ja nur eine optill1a1e Olmenge notig ist.

d) Verhalten beim Einlauf. Das Einlaufen wird dmch die Quellneigung der Kum;tstoffe in gewisser ·Weise begunstigt, da quollene Stoff eine groG ere Anpassungsfahigkeit hesitzt.

der aufgeDies tritt

besonders in Erscheinung, wenn die Oltriinkung nicht erst heim Ein-

BetriE'bsverha1ten von Kunststoff1agern. 413

laufen erfolgen muB, sondern durch Vorbehandlung (s. S. 408) vorweggenommen ist. Die anfangliche Lagerspielverkleinerung (vgl. Abb. 281 uder A B in Abb. 280) tritt dann nicht auf und die zuerst etwas erhohte Reibung kann sich rasch ausgleichen. Bei neueingebauten Kunststofflagern empfiehlt sich stets eine sorgfaltige Dberwachung des Einlaufs und mehrmaliges Hochfahren der Maschine auf die betriebliche Hochstlast. (Dies gilt nattirlich nicht fur Groblagerungen wie an Walzenzapfen, Forderkarrenachsen usw.)

1m Gegensatz zu Metallagern sind die PreBstoffIager recht empfindlich gegen Belastungsanderungen, da bei Erhohung der Lagerlast Reibungs-

fressen oder Aus/oufen

Zed Melallager

Zeit Prel3.slofflager mtf gesclinrfzeltem

6ewebe

Zeit sef/kreclit zur Achse geschJ(;hfete

PreBstojlager

Zed Loger aus /iorfgeweberohr

Abb. 285. Zeitlicher TemperaturYerlauf bei stufenweiser llelastung ,·on KUllststofflagern im Yergleich ZUIll Mctallager tx, I y: verschieclene Dauer der llelastungsstllfen;

n: insta biler Blockllngsbereich.

und Telllperatun-:pitzen auftreten und praktisch jedesmal ein neues Einlaufen erforderlich wird. Rei offenen Lagern mit groBem Spiel, wie z. B. in Walzwerken und Forderkarren, wirkt sich das nicht sti:irend aut'l, aber bei genaueren Buchsenlagerungen mit hoheren Gleitgeschwindigkeiten l11uB darauf geachtet ,\-erden. Abb. 285 yeranschaulicht das Einlaufverhalten von PreBstoffbuchsen gegeniiber ~Ietallagern am zeitlichen Temperaturyerlauf bei Priifstandversuchen 1. Die Lager wurden in Stufen yon 20 zu 20 kg/cm2 bela stet und fur jede Stufe Beharrung in der Temperatur- und Reibungsanzeige abgewartet.Die Zeiten fur die einzelnen Laststufen sind deshalb nicht gleich (tx , tv). Rei den senkrecht zur Achse geschichteten PreBstofflagern wurde ein unregell1l~lBiges " Blocken "

1 v. Meysenbu'J, C. M.: Kunststoffe 36 (1946) S. 5.

414 A. Thum und C. M. Frhr. v. Meysenbug: KUllststoiIe.

beobachtet, O. h. ein plOtzlicher ReibungR- und Temperaturanstieg entweoer gleich nach der Relastung ooer im spitteren Yerlauf einer Laststufe. Von einer eigentlichen Beharrung del' Temperatur, wie ~ie

sich bei Metallagern nach anfiinglichem geringem Anstieg fur jede Laststufe schnell einstellt, kann man also bei diesen Lagern nicht sprechen. Die ungesetzmaBig auftretenden Spitz en klingen ab und fUhren dann zu einem vielfach unter del' Ausgangstemperatur gelegenen "Beharrungswert". Mit Erreichen einer gewissen Hochstlast zeigt sich dann eine "Yerblockung", d. i. eine rasche Folge von Temperaturspitzen, die bald mit del' volligen Zerstorung des Lagers endet. Rei PreBstofflagern mit geschnitzeltem Fullstoff dagegen gleicht del' Verlauf vielfach dem bei Metallagern. Die am Anfang del' Belastungsstufen auftretenden 'remperaturspitzen sind Einlauferscheinungen, die rasch wieder in den Reharrungszustand auslaufen und unschadlich sind, sofern sie eine 'remperatur yon etwa 120 0 C nicht uberschreiten. Bei Erreichen einer bestimmten Belastung stellen sich dann mit del' Laststeigerung oder auch nach anfanglicher scheinbarer Beharrung unregelmaBige anhaltende Blockungen ein (B). Liegen hierbei die Temperaturspitzen gleich zu Anfang ziemlich hoch, so brennt diLS Lager au". Ee; kann abel' gegebenenfalls noch lange Zeit weiterlaufen und weitere zusatzliche Belastungen uberdauern. Das endgultige Yere;agen hiingt mei"t yon auBeren Zufalligkeiten abo Hei Lagern aus Hartgeweberohren i.ihnelt das 'remperatur-Zeit-Diagramm anfanglich dem von Metallagern, lediglich mit dem Unterschied, daB fast mit jeder Laststeigerung eine Einlaufspitze auf tritt, die oftmals zu einem niedrigeren Beharrungswert als bei del' yorangegangenen Laststufe mhren kann. Bei haheren Helastungen stellen sich dann Temperaturtlchwankungen ein, die den Beginn del' Zerstorung durch Blasenbildung anzeigen. Polyamidlager zeigen beim erst en Lauf sehr starke Einlaufspitzen. Bei richtiger Kom,truktion (Bearbeitung, Einbau, Kuhlung) und sachgemaBem Einfahren scheinen sie jedoch nachher weitgehend unempfindlich gegen Belastungsanderungen zu sein.

e) Belastbarkeit und Reibung. BelaHtbarkeit und Reibung sind GraBen, die beim Lagerlauf nicht yoneinander zu trennen sind. Bin dritter Faktor ist die Temperatur, die ja durch die Reibung hervorgerufen ,\'ird, und schlieBlich llIussen dabei mitgenannt "'erden die Gleitgeschwindigkeit und die Schmiel'Yerhilltnisse (Art und Menge des Schmiermittels). Die Kuntib;tofflager reagieren auf diese Faktoren meist ungunstiger als Metallager wegen del' schon erwahnten Schrumpfund Quellneigung und des hohen Warmedehnungskoeffizienten. Hinzu kOl1lmt die geringe Warmfestigkeit und die Empfindlichkeit gegen Kantenpressung.

Betriebsverhalten von Kunststofflagern. 415

Messungen uber die verschiedenen Abhangigkeiten anzustellen, ist Aufgabe der Lagerversuche, die in zahlreichen La bora torien und auf den verschiedensten Lagerprufstanden, gelegentlich auch im praktischen Yersuch yorgenommen werden. Die Ergebnisse sind leider nicht immer aufeinander abzustimmen, da die Untersuchungsmethoden noch zu uneinheitlich sind. 1m folgenden seien nur einige kennzeichnende Abhangigkeiten und Gegenuberstellungen, soweit sie in vorliegenden Y ersuchs berichten besonders deutlich hervortreten, als Beispiele angefiihrt.

Die Beziehung zwischen Belastung, Reibung und Gleitgesc hwindigkei t beiLa ufversuchen von Heidebrofk mit einemKun",tstofflager vom Typ 5.,1 (Kunst

a008--

qooo

olm --

spez.

Abh. 2,~6. Yer]auf vonPriifstandvcrsuchen mit Kunststofflagern. (Nach Jleideb/'oPk.) Kunststoffbuchse (Typ 5-+) auf 'VelIe aufgezogen, in U-ulleisenschule laufenu. Laufdurchme~:-;er: 220 mill; LagerHin~e: 1 ,;1G' d; T.agpr~ spiel: '" '2 % 0 , SchmieriH: SheIl1'urbinenfll. '"'-' O,i atii.

stoffbuchse auf die Welle aufgezogen, in Stahlschale laufend) ist recht klar aus Abb. 286 ersichtlich. Es ergibt sich die schon aus den Versuchen von Stribeck 1 zu entneh-mende Tatsache, daB mit einer bestimmten" Grenzgeschwindigkeit" zu rechnen ist (hier entsprechend n = 150 U jmin), bei der der ,u-Wert unabhangig von der Belastung bleibt 2.

Die GroBenordnung des Reibungsbeiwertes ist die gIeiche wie beiMetallagern.

Einen Yergleich der Belastbarkeit von Kunst-stofflagerbuchsen mit der einigermetallischer Lagerwerkstoffe erhaltenHcide-

Tjp 711, formgepre!Jt (jielJliIlrz mit Si-Clldl!d geJ'clJiclit /fllrtgewebe etwu Tjp 11 PrelJmllJ'J'e m. fiJ'enoxy1 (Polierrot) fiillsfo!lreies 6ieIJIiIlrz Jondergl//Jeiscn

etfrllgene Lllgerlllst ky/cm2

o JO 100 150 ZOO

Rotgl//J biniire, weiche Bleibronze 10% Cu,JO%Pb '-:==~ 8lelbronze, dl/rm Ni I/. S11. ~elitil'fe/ ~ fIIM80- Jlerbl/ndllJger " Rein-AI, f5%ZTI, 0'8%C11., 45%Mg Reli7-ALf~5%Cu., 42+q5%Si

Abb. 287. Ertragbare Betriebslastenfilr Kunststofflager verschiedener H erkunft.

(Nach Prlifstandversuchen vou Heirlebroek unll TJoring.) J .. agerullchsen in starres Stahlgehanse eingepreBt; \Vel1e St. 70.11, naturhart, geschliffen; Durchmesser: 60 mm; Lagerliinge: 0,66' d; Lagerspiel: "" 4%0' 8chrnierrH: Shell

brock u. Doring in einer Be 8; 121/h. Gleitgeschwindigkeit: 0.15--=-1,5 m/sec.

I Stribeck, R.: Z. VDI 46 (1902) S. 1341. (Erste systematische Lageruntersuchungen.) - 2 Heidebroek, E.: Kunst- u. PreBstoffe 2, S. 11. Berlin 1937.

416 A. 'l'llllll! \llld C. JI. Frhr. v. J,fpysenbllg: Klln~tHtofre.

nnderen Versuch"reihe 1 hir einen Geschwindigkeitsbereich von 0,157 bi.,.; 1,57 mjsec. Als l1Iaximale TragHihigkeiten sind III Abb. 2H7 diejenigen Lagerbelastungen dargestellt, die unterhalb einer angenOlllmenen Hochsttemperatur yon 80° C und bei stabilem Reibung,,zll,.;tand noch gefahl'en \rerden konnten. Die Gegeniiberstellung gibt a],.;o das noch betrielh,.;ichere Yerhalten del' einzelnen Werkst.offe hei be,;timmten, yorher fe,.;tgelegten Bedingungen wiedel'. ~Welche Yerhiiltnis:-;e sicll lJei einer Belastung bi:-; zul' Zer"ti)nmg ein,.;tellen, "'unle

!L 0,016

OL-~~~--~--~~O~~~~O--N~O--2~~~~~~V--J~~~~~-7~·

flcchefifreSSlJfI//

Abb. 288. RcibungRvcrlau[ filr Hartgewebebuchsen in Abhangigkeit von Belastung und Gleitgesch\vhHligkcit. (~ach Priif:-3tandversuchen von Lehr.)

],ugerbllchsen in starrcs Stahlgehiiu:-3c eingeprcBt. 'Yelle: ECN 35, einsatzgchiirtet unu poliert; Durehmesser: GO mm; LagerHingc: 0,66' (1; Lagerspiel: 6 % 00 SclllniorOl: Maschinenbl; 1 l/h;

Gleitgeschwinuigkeit: 0,5-:-14 mJscc.

hierbei nicht untel'sucht. ~ach dem gleichen Versuchsverfahren stellen H eidebl'oek u. ZickeZ Grenz bela"tungsdiagramme fiir hartbare und thermoplastische Kunststoffe auf2, aus denen zu entnehmen ist, daB Typ 74 in einem Geschwindigkeitsbel'eich yon 1 bis 5 mjsec mit Sichel'heit bis 50 kgjcm2 belastet werden kann, wahrend Mipolam unter sonst gleichen Hedingungen zwischen 1 und 2 mjsec etwa 30 kgjcm2 ertragt.

Bei Versuchen zur El'mittlung del' Grenztragfahigkeit von Kunststofflagern mit yerschiedenen Gleitgeschwindigkeiten fand LeM3 fiir Hartgewebebuchsen die in Abb. 2R8 und fiir Typ 74 die in Abb. 289 auf-

1 Heidebroek, E. u. A. Doring: Deutsche Kraftfahrtforschung, H. 52 Berlin 1941. 2 Heidebroek, E. u. H. Zickel: Kunststoffe 33 (1943) S. 242. 3 Lehr, E.: Kunststoffe 28 (1938) S. 161.


gezeigte Abhangigkeit der Reibung von der Belastung bei den von ihm gewahlten Yersuchsbedingungen. Der aus Abb. 289 ersichtliche Kurvenverlauf ist charakteristisch fUr das Verhalten von gewebegefiillten PreBstofflagern (ins-besondere Typ 74), fL sofern sie durch Ver- 4 O"/I---I!---I----J.--+-----!-~-+--I--_+-+---___1 meidung vorzeitiger Lagerspielverkleine -.rung ("Umklammerung", vgl. Abschn. 4c) bis zur Grenze ihrer Tragfahigkeit a usgefahren werden konnen. Auf Grund

0.012

ahnlich gearteter Ver- 0.002 suche schlagt v. Meysenbug 1 vor, bei der Beurteilung dieser Lagerwerkstoffe zwischen den Begriffen

OL-~@~-8.~V--'M~-"~m~a~W~J~w~~~vL-J.~~L--L~~~~ fldclienpre.r.rung

Abb. 289. Reibungsverlauf fiir Kunststoffbuchsen Typ 74 in Abhangigkeit von Belastung und Gleitgeschwindigkeit. (Xach Priif

standsversuchen von LehT.) Bedingungen wie bel Abb. 288.

"Grenzlast" und "Hochstlast" zu unterscheiden. Der Versuchsverlauf weicht von dem bei Metallagern gewohnten ab, indem die Kurve 11=1 (p) aus dem Gebiet der Fliissigkeitsreibung plOtzlich steil ansteigt und dann zu schwanken beginnt (Abb. 290). Die Temperatur folgt in diesem Gebiet dem Reibungsverlauf und hat damit

- -- frmilt/un; del' Temperotul' # t und Befo.rtut1f !til' dos

l?eibunJ.rmintmum I die in Abb. 285 mit B gekennzeich ," I

'_ .......... .1

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nete Zone erreicht (vgl. die Blokkungen im zeitIichen Temperaturverlauf, S.414). BeiLagernausHartgeweberohren diirften die Schwan- #min kungen mit der Blasenbildung zusammenfallen, die erst bei hoheren Temperaturen auf tritt, aber dann Abb. 290. Schematlsche Darstellung des Ver

suchsverlaufs bel Kunststofflagern fiir das Gebiet hoherer Belastungen. zu ahnlichen Erscheinungen wie

die Blockungen fiihrt. Die diesen Schwankungsbereich abschlieBende Hochstlast ist also nicht die Tragfahigkeit, denn es ist mehr oder weniger von Zufalligkeiten abhangig, wie lange Zeit und iiber wie viele Laststufen das Lager noch weiterlauft. Als Grenzlast kann daher nur die Belastung eingesetzt werden, bei der die Schwankungen beginnen. Der Unterschied zwischen Grenzlast

1 v. MeY8enbug, O. M.: Kunststoffe 36 (1946) S.5.

27 KUhnel, Gleitlager, 2. Auf I.

418 A. Thum und C. Jf. Frhr. t·. Jfeysenb1lg: Kunststoffe.

und Hiich~tlast zeigt sich hesonders stark bei geringen \Yanddicken, da bei groBen \Yanddicken infolge del' stiirkeren \Viirmestauung und des groBeren Ah~oluthetrages del' \Vii.rmedehnung die Buch"en uft Yorzeitig auf del' \Yelle fest"itzen, also Grem:last und Hochstlast zusamll1enf~tllen. Die "rmklall1merung" ist auch fiir kleine Wanddicken bei zu geringem Lagerspiel und zu schwacher Kiihlung zu ennU'ten. Bei geniigend groBell1 Lagerspiel yerlegt die Yerll1inderung del' KiihlOlmenge den Sclnnlllkungsbereich in das Gehiet niedrigerer Belastungen. Ygl. hierzu die Darstellung del' GroBenordnungen in Abh. 291.

t'm yon solchen meist erst hei hoheren La~ten auftretenden Storungen einerseits und zum andern yon gegehenenfalls auch zufiilligen

\ P kg/cm2 II kg I cm2

dfi rill",' ilk ~20 20 20 ~ 10 10 10 I 0 'r;j-wft/ll, 0 12 HIll, 0 12 5 ZL/lJ, L.. -------,Jchmlero/menge'------

a

Abb. 291. Hochstlast nne! Grenzlast bei l'riifstund-versuchcn mit KunststoffLmchscn Typ 7 -! in Abhangigkeit yon Schrnierohnenge, W'anullickc unu I.agcrspicl (Mittelwerte). a Wandllicke 3 nnd 5 mm; Lagerspiel 10 0/"". b Wanlldickc 10 mm; Lagerspiel 10 "/00'

c 'Vanddieke 5 mIn; Lagerspic16 %0' LagerbuchRcn lllit 0,05 mIn Uhprma[J in starres Stahl~ gehiiuse eingepre13t. \Yrllc l~CMo 80, gehiirtct una geschliffcn; Durchmesser 40 nnn; l..agerliinge 0,8' d.

8chmiero l; Shell 2x.

Einla uferscheinungen una bhiingig zu sein, deren Ursache nicht immer erfaBhar i:st, ,yird als Kriterium fiir die Belastharkeit yon Lagern yielfach (anch bei Yersuchen mit Metallagern) die Lage des ReibungsminilllU1m; herangezogen. In Ahb. 290 ist die Ermittlung der zugeordneten Tempemtur und Helastung angedeutet, in Zahlentafel 4 Rind die Mittelwerte fiir die Versuche angegeben, die del' Darstellung in Abb. 291 zugrunde liegen. Es ist damus wiederul1l zu ersehen (ygl.

Abschn. 4c, Abb. 284), daB eine Yerringerung der Olmenge die Schmierung zun~ichRt nicht heeinfluBt, d. h. das Heihungsrninirnum in ;;einer GroBe nicht nennenswert Yel'andert, es abel' mit hiiheren Temperaturen in das Gebiet niedrigerer Fliichenbelastungen yerschieht. ::\1it zunehmender \Vanddicke werden aus Grunden del' Wii.rmestauung dem H.eibungsmininlUm ebenfalls kleinere Lasten zugeordnet.

Der EinfluB del' Ki.ihlOlmenge auf die Belastbarkeit yon Kunststofflagern geht auch aus Versuchen yon Strohauer hen'or!, die an Huchsen mit senkrecht zur Achse geschichteten Ge,,'ebebahnen yorgenoll1l1len wurden. In Ahh. 292 i'ind die Grenzkuryen HiI' die Helastbal'keit bei Yerschiedenen Olmengen und zwei untersuchte \Yand~tii.rken eingezeichnet.

Die versuchslllii.Big ermittelten Helastungen gelten fiir den pmktischen Hetrieb nul', C3myeit e>' sich 1ll1l geschlossene Lager mit hoheren Gleitgeschwindigkeiten handelt, bei denen Spieliinderungen ,vegen der

1 Strohauer, R.: Z. VDr 82 (Hl:38) S. 1441.


Zahlentafel4. Lauj1:ersuche an KunststotJlagern Typ 74. (Vgl. Abb. 291)

Lagerspiel Wanddicke Olmenge Reibungsminimum

t

I p

mm mm l/h I' °C kg/cm 2

12 0,00:j5 20 50 3 5 0,0051 22 35

2 0,0051 30 25

12 0,0048 25 I 45 0,4 5 5 0,0043 25 35

2 0,0040 40 30

12 0,0055 18 35 10 5 0,0052

I

25 25 2 - - -

12 0,0048 15 50 0,25 5 5 0,0050 30 40

2 0,00j5 35 30

Wellenwerkstoff: EC)Io 80, Oberftiiche gehartct u. geschliffen Gleitgeschwindigkeit: 2,5 m/sek; Schllliermittel: Shell3x; Eintrittstemperatur ~20oC.

Genauigkeit der Lagerung yermieden werden mUssen und Reibungsschwankungen sich st0rend auswirken konnen. FUr solche prazisere Lagerungen ist deshalb die Anwendungsmoglichkeit der PreBstofflager begrenzt (Werkzeugmaschinen, . Kraftfahrzeugmotor und -fahrwerk usw.). Die besten Ergebnisse werden dabei mit Lagern erzielt, bei den en der Kunststoffbelag mit der Welle (ygl. Abb. 318 u. 319) in einer Stahlschale umlauft. Die Reibung ist bei hartbaren PreBstoffen im allgemeinen geringer, wenn die Oberflache spanabhebend bearbeitet ist, daan der PreBhaut das Schmiermittel schlecht haftet. Die Polyamidlager 1

eignen sich wegen der stark en Quellerscheinungen bisher nicht fiir Prazisionslagerungen.

Bei groben Lagerungen wie ·Walzenzapfenlagern, Achslagern yon

°C ~~--~~~~--~

Abb.2g2. Belastbarkeit VOn Kllnststofflagern bei verschiedenen SchmierOlmcngen (Nach Strohauer). Lagerbuchsen: scnkrecht zur Achsc geschichtetes Baumwoll-Feingewebe; einge· prellt in starres Stahlgehiiuse. ,Yelle: ECMa 80, gehar!.et llnd geschliffen; Durchmesser: 40 mill; LagerHinge: 0,8' d; Lagerspiel: 4,5 °/00' Schmieriil: Shell X; Gleitgcschwindigkeit:

2,1 m/sec.

1 Akin, R. B.: )Iod. Plastics, Ed. 27 (Okt. 1949) S. 114.

27*

420 A. Thum und C. M. Frhr. v. lrfeY8enbug: Kunststoffe.

Forderwagen US\\·., \\"0 offene Halbschalen verwendet \yerden, kunnen etwaauftretende Reibungos- und Temperaturspitzen den Kunststofflagern weniger oschaden a1:,; den nIetallagern, die meist niedrige Schmelzpunkte haben nnd verschleiBelllpfindlicher sind. Da ein Festbremsen del' Welle durch L'mldalllmern nicht eintreten kann, haben die Spitzen Gelegenheit, rasch wieder abzuklingen, und richten keinen Schaden an. Man kann daher fUr ,;olche Lager mit Bela:-;tungen zwischen 200 und 400 kg/cm 2

rechnen, wie sie an vValzengeriisten im Dauerbetrieb ertragen \\·urcien. Del' Yorteil del' Kunststofflager gegenuber Metallagern liegt jedoch hier in erster Linie in del' becieutend hoheren Lebensdauer, die neuerdings besonders augenfiillig bei den Polyalllidlagern in Erseheinung tritt.

f) VerschleiB. Del' Vel'schleiB ist bei Kunsti-itofflagern nur wahrend des Einlaufens infolge del' Quellerscheinungen etwas sHirker. Xachdem die Lager eingelaufen Rind, i8t jedoch kaum mehr ein VerschleiB festzustellen. Y oraussetzung ist einwandfreie Bearbeitung der Lauffliiche und moglichst eine feingeschliffene odeI' polierte vVelle.

Der WeZZemcerkstoff und del' Oberfliichenzustand der Welle spielen bei jeder Lagerung eine wichtige Rolle nicht nur fiir den Yeri-ichleiB heim Xotlauf, sondeI'll fur die gesamten Reibungs- unci Gleityerhilltnisse des Lagers uberhaupt. Wahrend verschleiBmiiBig natlirlich die harte Stahlwelle am geeignetsten ist, laufen bei richtiger Sehmierung in Schalen und Huchsen auf Phenolharzbasis gleichermaBen auch ungehilrtete Stahlwellen unci GuBeisenzapfen.

Von den hartbaren Kunststoffen sind die formgepreBten Lager aus Typ i4 den Hartge\\'ebelagern hinsichtlich YerschleiBfestigkeit nur dann iiberlegen, wenn die Lauffliiche yor dem Einbau nicht spanabhebend bearbeitet wurde. Bei senkrecht zur Achse geschichteten Lagern entsteht leieht Riefenhildung auf der WellenlauffHiche.

Die hochste YerschleiBfestigkeit wurde bisher an Polyamidlagern heohachtet, die z. B. bei Yerwendung als vValzwerkslager his zu iO-fache Lehensdauer del' yorher verwendeten l\Ietallager ergahen1 . Bei Walzwerkslagern ist durch den muhen Hetrieb ein starker YerschleiB der Lager hedingt, dem aher Lager aus hartbaren und nichthartenden Kunststoffen am hesten standzuhalten vermogen.

g) Gleit- und Notlaufeigenschafteu. Der Begriff Gleiteigenschaften ist eigentlich eine Zusaml1lenfassung samtlicher fill' den Lagerlauf bestimmenden Eigenschaften nicht allein des Lagerwerkstoffes, sondern die Laufeigenschaften werden auch durch dessen Zusammenwirken mit Wellenwerkstoff und Schmiermittel und nicht zuletzt auch durch die Konstruktion des Lagers hedingt. Es ,yiire also besser, von den Gleiteigenschaften des Lagers zu sprechen als von denen des Lagerwerkstoffes.

1 Liebetanz, E.: Kunststoffe 39 (1949) S.40.

Werkstoffgerechte Gestaltung von Kunststofflagern. 421

Soweit nun der Lagerwerkstoff am Gleiten beteiligt ist, ergibt sich bereits aus der yorangegangenen Erorterung der verschiedenen Betriebsbeobachtungen, daB die Gleiteigenschaften der Kunststoffe als durchaus gut bezeichnet werden konnen. DafUr spricht zunachst das gunstige Einlaufverhalten als Folge der Trankung des Kunststoffes mit dem Schmiermittel, die zugleich auch eine innige Verbindung zwischen Laufflache und Schmierschicht gewahrleistet. Die Haftung, d. h. das Kraftespiel zwischen den Oberflachenmolekulen des Gleitwerkstoffes und des Schmiermittels ist ja bekanntlich die Voraussetzung fUr eine zuverlassige Schmierung1 . Das Reibungsminimum bewegt sich in der auch bei Metallagern ublichen GroBenordnung. Der VerschleiB ist bei Kunststofflagern auBerst gering, und wenn der werkstoffbedingten Temperatur- und Belastungsempfindlichkeit durch geeignete MaBnahmen begegnet wird, lassen sich mit Kunststofflagerungen immerhin betrachtliche Gleitgeschwindigkeiten und Tragfahigkeiten und vor allem eine sehr hohe Lebensdauer erzielen.

Die Notlaufeigenschaften sind hervorragend, denn bei aussetzender Schmierung lauft der mit Schmiermittel getrankte Kunststoff zunachst weiter, und nach dem Verdampfen des Schmierstoffes beginnt die Laufflache bei hartbaren PreBstoffen allmahlich zu verkohlen, bei Thermoplasten dagegen zu erweichen, ohne daB ein Fressen mit der Welle eintritt. Die Welle laBt sich in allen Fallen nach Entfernen des aufgeschmierten bzw. veraschten Kunststoffes wieder verwenden. Auch gegen Verunreinigungen des Schmiermittels sind Kunststofflager weitgehend unempfindlich. Eingedrungene Fremdkorper drucken sich in die Laufflache ein und fUhren, wenn gehartete Wellen verwendet werden, zu keinerlei Beschadigungen.

5. Werkstoffgerechte Gestaltung von K unststofflagern.

Die werkstofftechnischen Eigenarten der Kunststofflager, die sich in den vorangegangenen Abschnitten aus ihren reinen Werkstoffeigenschaften, ihrer Herstellung und aus den Betriebsbeobachtungen ergeben, lassen erkennen, daB man bei der Lagerkonstruktion nun nicht ohne wei teres den Kunststoff in die von den Metallagern her uberlieferten Bauformen hineinzwingen kann. Anfangliche MiBerfolge mit Kunststofflagern beruhten zum groBen Teil darauf, daB das von den Metallen sehr verschiedene Verhalten des ungewohnten Werkstoffes nicht beachtet wurde. Insbesondere muB also dem geringen Warmeleitvermogen, der hohen Warmedehnung sowie den Quell- und Schrumpferscheinungen durch konstruktive und schmiertechnische MaBnahmen begegnet werden, wenn die Kunststofflager ihren Platz neben den Metallagern

1 Vgl. Veroffentlichungen von K. L. Wolff, E. Heidebroek, E. Falz, GUmbel, Sommerfeld, Michell, Hardy, Reynolds, Petroff usw.

422 A. Thum und C. ill. Frhr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

auch in Zeiten, da ~ie nicht nur als wi11kommener Eri"\atz fiIr ::\Iangelmeta11e angesehen werden, behaupten und womoglich ihr Anwendungsgebiet erweitern so11en. Daneben erfordern die Festigkeitseigenschaften vielfach andere Formen als bei Meta11agern, und die einfachen Formgebungsmoglichkeiten durch Pressen, Spritz en oder Gie13en unterstutzen von Heiten des Werkstoffes selbst die werkstoffgerechte Gestaltung.

Ein Teil der bisher in dieser Hinsicht mit Pre13stofflagern gesammelten Erfahrungen findet sich in Merkblattern wie den "VDI-Richtlinien fur die Gestaltung von Pre.l3teilen aus Kunstharzpre.l3stoff", den "VDIRichtlinien fur die Gestaltung und Verwendung von Lagern und Buchsen aus Kunstharzpre.l3stoff" und den "VDI-Richtlinien fur Pre.l3stoffWalzenzapfenlager"l, den DIN-Blattern 7703, 16902, fur Sonderbauformen DIS 9188 und 9189 sowie in verschiedenen Werkstattblattern 2 und internen Betriebsvorschriften. Die Angaben in solchen Blattern konnen nur Hinweise sein und dazu beitragen, System in die anfangs recht unubersichtliche Fertigung von Kunststofflagern zu bringen. Sie konnen bei Voranste11ung eines bestimmten Gesichtspunktes nicht immer die gestaltungstechnisch gunstigsten Losungen finden, die alle Werkstoffeigenheiten berucksichtigen. Fur ihre sinngema.l3e Verwen dung seien deshalb im folgenden noch einmal die Forderungen zusammengefa.l3t, die sich fur die werkstoffgerechte Gestaltung von Kunststofflagern bezuglich der verschiedenen Varianten ergeben. Dabei sind 3 AusfUhrungsformen zu unterscheiden: Die normale Lagerbuchse oder -schale, die als Massivlager in einen Tragkorper eingesetzt wird, ihre Abwandlung als Verbundlagerbuchse und die bei Meta11agern nicht gebrauchliche Form der kunststoffbewehrten We11e, die in Stahl- oder Gu13eisenschale lauft.

a) Lagerbuchsen und -schalen. Die Ausfuhrungsform einer massiven Buchse oder Halbschale aus Kunststoff wurde zunachst von den Metalllagern ubernommen und ist nach wie vor die haufigste, obwohl die Verwendung von Verbundlagern bei Metallen jetzt allgemein gebrauchlich ist und fUr Kunststoffe wegen der moglichen dunnen Schichten durchaus vorzuziehen ware (s. S. 428). Die bei Kunststoffen so einfache Herstellung selbsttragender Formstucke wie Buchsen, Halbschalen oder SegmentstiIcke verleitet aber wohl dazu, besonders bei Walzwerklagern und ahnlichen Groblagerungen, daran festzuhalten.

Zur Forrngebung solcher Lager lassen sich die pre.l3-, spritz- und gie.l3-technischen ::\Ioglichkeiten voll ausnutzen, so da.l3 es nicht schwer ist, scharfe Querschnittsubergange, z. B. von der Schale zum Bund, zu vermeiden und die Lagerenden zur L'mgehung der KantenpreRslmg gut abzurunden bzw. die Kanten schon bei der Hertlte11ung gebrochen

1 VDI 2002 u. VDI 2004, Diisseldorf: VDI-Verlag, 1951. 2 Miinchen: Carl-Hanser-Verlag, 1947 bis 1950.


vorzusehen. Bei Walzwerkslagern wird der ausgerundete Kragen (vgl. Abb. 300) vielfach getrennt von der Schale hergestellt, damit er wegen seines starken VerschleiBes leicht ausgewechselt werden kann . Die Lagerschalen selbst werden meist aus mehreren Segmenten zusammengesetzt, die gut miteinander und mit dem Stiitzkorper verspannt sein mussen.

Die Wandstiirke ist bei Kunststofflagern in noch weit starkeremMaBe als bei Metallagern maBgebend fur den einwandfreien Lagerlauf. Quellung und Schrumpfung sowie Warmeausdehnungen geben kleinere Absolutbetrage, je kleiner die Wandstarke ist. Damit wird einmal die Gefahr der plastischen Verformung und eines dadurch bewirkten LoslOsens der Huchse aus ihrem Sitz verringert und zum anderen die Lagerspielveriinderung in tragbaren Grenzen gehalten, so daB eine Umklammerung der Welle vermieden werden kann. AuBerdem wird die an sich bei Kunststoffen schlechte Wiirmeableitung iiber das Cehause durch dunnere Wandungen verbessert. FestigkeitsmaBig ist der Wandstiirke natiirlich eine untere Grenle gesetzt, da zu diinne

Abu. 293. Axiales V crquetschen von Kunststofflugeruuchsen infolge zu hoher Flachenpressung.

Schalen zum Durchbrechen neigen, wenn sie nicht sehr sorgHiltig in ihren Sitz eingepaBt sind. Als Richtwert kann deshalb gel ten , d aB die Wandstiirke fUr Kunst stoffschalen und -buchsen, die als selbsttragende Teile in Gehause eingebaut werden, etwa 5 bis 10% des Wellendurchmessers betragen soIl .

Fur die Lagerliinge hat sich bei Metallagern das gilnstigste Verhiiltnis zum Wellendurchmesser mit lid = 0,5 ergeben . Hier ist die Helastbarkeit am groBten, weil sich bei kleineren Lagerlangen das Absinken des Olfilmdruckes, bei groBeren die Kantenpressung storend bemerkbar machen 1. Bei Kunststofflagern laBt sich dieses Optimum an Flachenbelastung nicht ohne wei teres erreicben, denn infolge der Kriechneigung der Kunststoffe und ihrer geringen Wiirmefestigkeit werden beim genannten L agerliingenverhaltnis die spezifi schen Flacbendriicke nicht mehr ertragen . Die L 11uffhiche wird dann in Langsrichtung verquetscht und die Schale wiichst aus dem Tragl{orper heraus. Besonders deutlich hat sich das bei senkrecht zur Achse gescbicbteten Lagerbuchsen gezeigt,

1 Vgl. E . Falz : Grundztige der Schmiertechnik, Eerlin 1930.


die bei Jdeiner Lagel'lange vollkoml1len zersWrt wUl'den, wahrend bei dem langeren Lager die Aufspaltung an del' Kante wohl hauptsilchlich del' nicht sehr ghicklichen senJuechten Schichtung zuzuschreiben ist (Abb. 203).

DUl'ch seitliche Armierung del' Lager mittels eines Stahlbundes oder dergleichen kann das Wegdriicken des Kunststoffes unterLast vel'l1lieden werden, so daB sich das fHr die Relastbarkeit giinstigste Lagerlangenverhaltnis ausnutzen HiBt . In Abb. 294 sind verschiedene Moglichkeiten einer solchen Abstiitzung angedeutet, wobei die Losung c schon dem Verbundlager nahekommt.

Fiir die nicht abgestiitzten Lagerbuchsen und -schalen mull mit einem Lagerlangenverhaltnis l id = 0,8 bis 1 gerechnet werden.

Das Lagerspiel wird in seiner Grolle gefordert dUl'ch den Werk"toff, die Schmier- und Kiihlverhaltnisse und die RetriebsgroBen (Belastung

a c

Abb.294. Miiglichkeiten der ALstiitzunl-! des lluchsenrandes.

und Gleitgeschwindigkeit) . Von seiten des Werkstoffes bedingt zunachst rein ~iullerlich die erzielbare Oberflachen beschaffenheit und sodann die Warmeausdehnung die GroBe des Lttgerspiels. Rei Kunststoffen kOlllmt gegeniiber Metallen neben einer verstiirkten Wal'medehnung das

Quellen und Schrull1pfen hinzu. Das Lager-spiel mull also fiir Kunststofflager groBer als fiir Metalhtger sein . Da Kunststoffbuchsen durch den Einbau, besonders durch Einpressen mit DbermaB (vgl. Abschn. 4b) ihren Innendurchmesser stark verilndern, ist das Spiel zweckmiillig im eingebtwten Zustand und moglichst nach einer Vorbehandlung zur Vorwegnahme del' Quellung festzulegen. Rei del' iiblichen Ang<tbe in Prozent des Wellendurchmessers komlllt man auf einen Richtwert von 0,4 bis 0,6% fiir Lager aus hilrtbaren PreBstoffen. Dltbei ist jedoch zu beach ten, dall bei kleinen Durchmessern l'elativ groBere Lagerspiele erforderlich sind, da die Quellung und auch die Wiirmedehnung nicht VOIll Durchmesser allein, sondel'n in der Auswirkung auch von del' Wltndstarke abhangig sind .

Die in DIN 7703 angegebenen WanddickenltbmaBe ergeben f iir PreBstofflager illl eingedriickten Zustand Lagerspiele, die besonders fiir groBere Wellendurchmesser meist zu niedrig liegen. Eine zweckm~lBige und den Werkstoffeigenheiten Recbnung tragende Tolerierung gibtJi'rank in Anlehnung an DIN 16 902 fiir die Innendurchmesser von eingebauten Lagerbuchsen 1 (Abb. 295). Die Stufung iiberschneidet sich ZUIll Teil mit

1 Frank, H.: Kunststoffe 37 (1947) S.46.


der ISO-Toleranz C III und gilt fUr den Toleranzbereich h 8 oder h 9 des 'Yellendurchmessers. Voraussetzung fur die Einhaltung dieser Lagerspiele ist der Einbau, d. h. in erster Linie die Pas sung zwischen BuchsenauBendurchmesser und Gehausebohrung. Es werden deshalb die in Abb. 296 angegebenen EinpreBubermaBe in der Gehausebohrung mit der ISOToleranz H 8 zugrunde gelegt. Wie weit diese Einbauverhaltnisse einen festen Sitz der Buchse unter allen Betrie bs bedingungen

gewahrleisten, laBt sich nicht mit Sicherheit sagen.

In DIN 16902 wird als allgemeine Anweisung verlangt, daB "PreBstofflager buch

sen mit genugend groBern -obermaB in die

mm 118

q2

= AbmoBe /iiI' Logerbuwen

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~ ~ J!!!!:i' "" ~- ---"'

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o 80 120 160 2IJO 21/11 280 lIUll. innen -OUl'chmes.rel' tier Ouchsen

Abb. 295. AbrnaLle fiir Innendurchrnesser von Kunststofflagerbllchsen. (Nach Frank).

~ ~(O~-.--~~.---,---~-+---~

Gehausebohrungen ~48~--~--~--+---+---~--~~~~~~~~ eingedruckt werden ~

~46~~~--4--+--~~~~~~ mussen, damit sie sich ~

(ohne Verwendung zu- ~41,l1----~--.j--~~~~~I---+---+---+----j satzlicher Sicherungen) ~ nicht lockern k6nnen". Das laBt vermuten, daB man am besten das -obermaB so groB wahlt, wie sich die Buchse gerade noch ohne aufzureiBen ein

Abb. 296. AbrnaLle fiir AuLlendurchrnesser von gedrehten Klinstofflagerbuchsen. (~ach Frank).

pressen laBt. ErfahrungsgemaB tritt dann aber erst recht eine Lockerung wahrend des Betriebes ein, weil sich zu den EinpreBspannungen die Spannungen aus behinderter Warmedehnung und Quellung hinzuaddieren 2 und die Buchse plastisch verformt wird, so daB sie sich beim Abkuhlen lOsen muB. Da diese MaBveranderungen von der

1 International Standardising Organisation. Eine dem gezeichneten Bereich entsprechende Toleranzreihe zwischen A und B ist nicht vorgesehen.

a Vgl. S. 410 FuBnote 1.

426 A. 1'hum und C. lll. Frhr. v. llfeysenhug: Kunststoffc.

'Vandstiil'ke, del' Temperatul' und del' Schmiel'mittelaufnahme del' Buchse a bhiingen und del' ela;.;ti,.;che Yerformungshel'eich nul' sehr Idein ist, \\-ird sich bei einem gewiihlten EinpreBmaB praktisch nUl' fiir einen ganz hestimmten Hetl'ieb~zustand (re,.;ultiel'end au" Gleitge,.;ch\\-indigkeit, Lagerbelastung, Schmierung und Kiihlung) eine noch nicht V1al'tisch aufgenomlllene Pres sung del' Huchse illl Gehiiu:-ie el'zielen lassen. Mit einel' Lockerung del' ]3uchse muB also immel' gerechnet werden, und es emvfiehlt sich deshalb, in jedem Fall eine Sicherung gegen Verdrehung und axiale Verschiebung vorzusehen. Hierzu geniigen radial odeI' tangential in die Buchsenwand eingreifende Stifte oder auch an die Buchse mitangepreBte Fiihrung,;leisten, die eine Ausfl'iisung in del' Gehiiusewand erfordern. Bei Lagerausfiihrungen entspreehend Abb. 294claBt siehleicht eine Kaseim Gehausebundanbringen, die in eine kleine Aussparung im Buchsenrand eingreift. Fiir Halbsehalen oder Segmentstiicke sind ohnehin Verschraubungen notig, die eine Festlegung auch bei MaBveranderungen des Kunststoffes ermoglichen.

1m Bereich der angegebenen Toleranzen ist besonders beim Einbau von Halbschalen auf eine satte Auflage zu acbten, weil die Kunststoffschale sonst unter Belastung, vor allem bei wechselnder Beanspruchung, Biegebriiehe erfahrt. Genaues Fluchten del' Lagerbohrungen ist wegen der Kantenpressungsempfindlichkeit der PreBstoffe fiir Buchsen wie fiir Sehalen wiehtig.

Polyamidlager diirfen nicht mit tbermaB eingepreBt werden und sind deshalb als Buchsen in Tragringe einzukleben (s. Yerbundlager).

Als Schmierung von PreBstofflagern eignen sieh Olschmierung, Fettschmierung und Wasserschmierung. Da bei der sehlecbten Wiirmelei tung del' Kunststoffe das Schm iermittel nieht nUl' fiir die Reibungsverminderung, sondern aueh fiir die Warmeabfuhr zu sorgen hat, kommt bei del' Glschmierung in erster Linie die Druckumlaufschmierung in Betracht. Ringsehmierung kann bei geeigneter Hauart, die eine standige Uberflutung del' Welle siehert, auch verwendet werden, Tropfolschmierung diirfte dagegen in den meisten Fiillen ungeeignet sein.

Fettgeschmierte PreBstofflager werden bei geringen Gleitgeschwindigkeiten oder im zeitweilig aussetzenden Betrieb aueh bei hoheren Belastungen verlYendet. Das }1'ett kann nach Art der Staufferbiichsen 1 odeI' aI,; PreBfett zugefiihrt werden. Walzenzapfenlager werden meist mit Fettbriketts gesehmiert, die gleiehzeitig die Wellen gegen Korrosion schiitzen sollen, da die Lager zur Wiirllleabfuhr zusatzlich mit vVa,;ser iiberflutet \\·erden. Diese Art del' 1r asslTschm ier11ng wird a neh wnst mei"t angewtlndt; z. B. bei Steyenrohrlagerungen \\-ird das nnter 'Yatiser laufende Lager zUOiatzlieh mit }'ett gesehmiert, um die Reibung beim

1 Staufferfett ftihrt bei Phf'nolpreP.stofflagern zu starken Quellungen infolge des Seifengehaltes.

IYerkstoffgerechte Gestaltung von Kunststofflagern. 427

Anfahren zu vermindern und die ·Welle VOl' Korrosion, das Lager gegen zu starke Quellung durch das Wasser zu schiitzen. Eine ahnliche Wirkung erzielt man durch Schmierung mit Emulsionen, deren hoher Wassergehalt die Kiihlung und deren Olgehalt den Korrosionsschutz iibernehmen.

Wegen del' Quellneigung del' Kunststoffe sind nicht aIle Ole und Fette zur Schmierung von Kunststofflagern geeignet. Die zaheren Ole sind den diinnfliissigeren vorzuziehen, sie sollen eine Mindestztlhigkeit yon '" 22 cSt (= 3° E) bei 50° C haben. Geschwefelte Mineral ole ergeben ge

Abb.207. KunstRtofflagerbuehsr mit breiter Oltasche.

ringere Quellungen als gefettete odeI' remmineralische Ole. Die Schmierfette sollten einen Tropfpunkt yon mindestens 150° C haben und frei yon ungebundenen Sauren sein.

Hinsichtlich del' Schmiermittelzufiihrung gelten im wesentlichen die gleichen Grundsatze wie bei Metallagern. Da jedoch bei Kunststofflagern das Schmiermittel den Anteil del' Reibungswarme zusatzlich abfiihren muE, del' bei Metallagern durch das Lager selbst abgeleitet wird, muE die Moglichkeit eines groEeren Schmiermitteldurchmtzes vorgesehen werden. Zu diesem Zweck konnen z. B. die

ScliniitA-J .~-r __

Of/aJ'clie iiblichen seitlichen Oltaschen, die bei Metall- i A.L..· lagern meist durch eine querlaufende Olnut

I

verbunden sind, bei PreEstofflagern urn die ganze unbelastete Lagerhalfte herumgefiihrt werden (Abb. 297). Ein anderer Vorschlag zur guten Benetzung del' ganzen Lagerlange ent-sprechend (Abb. 298) wird auch in den VDIRichtlinien 2002 angegeben.

b) Verbundlager. Das Ausquetschen yon Kunststoffbuehsen in axialer Richtung (Abb.

I

/ I

Abb. 2~8. Ausbildung der Olzufiihrung

uei groBen Lagerllingen.

293) unter zu hohen Flachenpressungen fiihrte bereits illl Jahre 1938 nach einem Vorsehlag yon Thum 1 zu einer Lagerbauform naeh Abb. 299. Bei dieser Konstruktion wird in das Innengewinde einer Leichtmetall-

1 Veranlassung waren Versuche, die an del' Staatl. Materialpriifungsanstalt Darmstadt in Zusammenarbeit mit del' Kunststofferzeugenden Industrie durchgefiihrt wurden.

~28 A. Thum und C. hI. Frhr. v. JIeysenbug: Kunststoffe.

buchse eine diinne Kunststoffschicht unmittelbar eingepreBt oder gespritzt. Die Gewindegiinge nehmen bei Belastung die Schubkriifte auf, so daB ein seitliches Ausweichen des Kunststoffes verhindert wird. AuBerdem ermoglicht diese 13auart eine bessere Wiirmeableitung aIs massiye Kunststoffbuchsen. Xach der spanabhebenden Bearbeitung der Bohrung reichen die Kilmme des Spitzgewindes bis dicht unter die Lauffliiche, so daB ein groBer 'reil der Heibungswarme durch das Leichtmetall abgeleitet "oerden kann. Die seitlichen Oltaschen sowie die Olnuten durchdringen die Kunststoffschicht und ermoglichen ebenfalls einen gut en Wiirmeaustausch zwischen dem Schmiermittel und der Leichtmetallbuchse.

1st hier die Yerbindung zwischen PreBstoff und Metallbuchse noch eine rein mechanische Verklammerung, die an die Schwalbenschwanza usgiisse von WeiBmetallschalen erinnert - denn ein dauerhaftes Verldeben des Harzes mit dem Leichtmetallkonnte zunachst nicht erreicht werden -, so entsteht daraus bald das Folienverbundlager. In Stahl- oder Leichtmetallbuchsen wird eine Kunststoffolie von 0,18 bis 0,:35 mtn Dicke heiB eingeklebt und bei den diinnen Schichten nur wenig nachgearbeitet, bei den sHirkeren auf Soll

Abb.299. lIlechanische Yerankerung einer eingeprellten Kunststofflaufschicht in ciner

I,eichhnetalllHlchsc.

maB ausgerieben. Als "Schiifer-Lager" 1 sind diese .Bucho-;en seit ebya 10 Jahren bekannt, und in DIX 9] 88 und 9189 wurden die 'roleranzen fiir ihre einbaufertige Herstellung festgelegt. Ahnliche Ausftihrungen werden auch yon anderen Firmen geliefert 2• Auch Polyamidlager haben sich bisher in Form solcher Verbundlager mit \Vandstiirken bis min. 0,75 mm am besten bewiihrt. Die yerwendeten Klebemittel sind meist aushartende Kunstharze, die geeignet sind, eine feste Bindung mit dem Metall der Stutzschale einzugehen.

In neuester Zeit fiihren sich auch Vcrbundlager ein, zu deren Herstellung ein Polymerisationsharz in fliissiger Form unmittelbar in eine Metallbuchse eingebracht und polymerisiert wird3 • Die Laufschicht aus dieser sog. "Schubert - Kunstharz - Verbund - Gleitmasse" gleicht also einem diinnen Lacl{iiberzug.

Die diinnen Kunststoffschichten der Verbundlager erfahren durch Wiirmedehnung, Quellung und Schrumpfung weit geringere Formanderungen als die Kunststoffschalen. Sie behindern auBerdem den

1 Ehemals Schafer-PreJ3stoff GmbH., Berlin. - 2 Z. B. Dr. Beck, Siinnunghausen iiber OeldejWestf. - 3 Als "ZSV"-Lager durch die Fiirstl. Hohenzollernsche Hiittenvcrwaltung, Laucherthal, hergestellt.

Anwendungsbeispiele. 429

AbfluB der Reibungswarme weniger, so daB die Lagerspielverkleinerung hauptsachlich durch die umschlieBende Metallbuchse bestimmt wird. ZweckmaBig werden sie deshalb mit Stahlbuchsen ausgefiihrt, da dann die gleichen Ausdehnungsverhaltnisse wie bei der Stahlwelle vorliegen. (Bei eingepreBten Leichtmetallbuchsen kann durch "behinderte Ausdehnung" bei Temperaturerhohung eine Lagerspielverengung ahnlich wie bei den massiven Kunststoffbuchsen auftreten) 1.

Die Verbundlager brauchen also fur den Betrieb kaum anders behandelt zu werden als Metallager gleicher Abmessungen. Sie werden wie Metallagerbuchsen eingebaut, die Lagerlange kann entsprechend der giinstigsten Belastbarkeit lid = 0,5 gewahlt werden, da keine Gefahr der Verquetschung besteht und der Lagerdruck durch die diinne Folie hindurch von der Stahlschale aufgenommen wird. Das Lagerspiel wird mit Rucksicht auf mogliche geringe Quellerscheinungen an der oberen Seite der Toleranz fur Metallager angenommen, die Schmierung mit 01 oder Fett gleicht ebenfalls der bei Metallagern.

c) Kunststoffbewehrte Welle. An Stelle der gewohnten Bauform, daB die Stahlwelle in einer Schale oder Buchse aus Lagerwerkstoff Hiuft, schlug zuerst Heidebroek vor, eine Kunststoffbuchse fest auf die Welle aufzuziehen und mit der Welle in einer Stahl- oder GuBeisenschale laufen zu lassen 2. Dieses Verfahren wird den Eigenheiten des Kunststoffes hinsichtlich der Warmeableitung, der Dehnungs- und Schrumpfungsverhaltnisse in den meisten Fallen besser gerecht als die feststehende, insbesondere die dickwandige Kunststoffschale. Es fiihrte zuerst zur praktischen Anwendung in den Folienlagern, bei denen eine Kunststoffolie ahnlich wie bei den Verbundlagern auf den Laufzapfen aufgeklebt und mit geringer Nacharbeit in entsprechend tolerierte Stahlschalen eingeba ut wird. Eine herstellungsmaBige Vereinfachung bilden die PreBstoffwickellager 3 : Der PreBstoff wird in Form harzgetrankter Gewebebander in mehreren diinnen Schichten (0,2 bis 0,4 mm Dicke) auf den Laufzapfen gewickelt, warm verpreBt, wobei die Schichten mit der metallischen Oberflache haftsicher verleimen, und anschlieBend bei etwa 140 0 C nachgehartet 4• - Auch die erwahnten Kunstharzlackschichten werden mit gutem Erfolg auf die Welle aufgebracht.

Diese Lagerbauformen haben sich mindestens ebensogut bewahrt wie die Folienverbundlager. Die betriebstechnischen Erfordernisse sind die gleichen wie bei Metallagern.

6. Anwendungsbeispiele.

Bei Beachtung der Werkstoffeigenheiten und der dadurch gegebenen Grenzen haben sich Kunststofflager auf einer Reihe von Anwendungs-

1 v. Meysenbug, O. M.: Dissertation TH Darmstadt 1948. - 2 Heidebroek, E.: Kunst- und PreBstoffe I, S. 33, Berlin 1937. - 8 Ehemals Schafer-PreBstoff GmbH., Berlin. - 'Vgl. E. Gilbert u. K. LUrenbaum: Z. VDI 86 (1942) S. 139.

430 A. Thum und C . .11. Frhr. v . .11eysenbll'J: Kunststoffc.

gebieten bewiihrt. DaB man nach del' Cher\\'indun,g yon }Iangelzeiten auf dem }Ietallnwrkt "'ie z, B. nach dem :2. vVeltkrieg an den meisten Stellen wieder Zll althergehrachten llletallischen Lagenrerk,;toffen zuriickkehrte, liegt nicht illlmel' an der l'nterlegenheit del' Kun:<tstofflager, sondeI'll ist yielfach durch eine ge,\'i,;se YOl'eingenommenheit der Konstrukteure bedingt und clurch die a lJ,\'eichende Hehalldlung diesel' vYerk:<toffe. die sich in den }Iontage- und Heparaturwel'k"tiitten nul' sehr langsalll einfiihrt.

Yon den nachfolgenden Beispielen bezieht sich daher ein 'reil auf Venmchsliiufe und auf gelegentliche Anwendungen, So sind z. H, die StraBenhahnachslager in Yersuchs,mgen del' Dre,,;dener StraBenbahn erprobt ,,'orden, eine serienmiiBige Yerwendung in StraBenbahnImgen ist jedoch bisher nicht bekannt. Die kunststoffbewehrten Wellen in AutOlllobil- und Flugzeuglllotoren sind ebenfalls bisher nm yersuchsweise, I\'enn auch mit Yielyersprechendem Erfolg gelaufen, Die Kunststofflagerung yon vVerkzeugmaschinenwellen durfte allerdings 'vegen del' hohen Anforderungen an die Laufgenauigkeit (geringes Lagerspiel) nach ,vie YOI' auf Schwierigkeiten stoBen. Dagegen werden KunststoffgleitfUhnmgell an ~T erkzeugmaschinen betten yon einigell Firmen serienmaBig angmrandt. Am besten geeignet sind die Kunststofflager natiirlich im griiberen Hetrieb, wo die Ll1gerstellen derVerschmutzung und delll Vel'schleiB ausgesetzt und die Wal'tung';llliiglichkeiten beschrankt sind. :JIan findet sie deshalb hiiufiger in :Fi>rderma,;chinen, Aufbereitungsmaschinen und Landmaschinen. Den unbestrittenen Yorrang YOI' anderen Lagenverkstoffen ha ben sich die Kunststoffe fiir Walzenzapfenlagerungen erobert, die daher schon als das "klassische" Anwendungsgebiet del' Kum;tstofflager bezeichnet werden k6nnen.

a) Walzcnlager1 • Fur die Za pfenlagenmgen an Walzgeriisten yerwendet Illan in erster Linie geschichtete Hartgewebe (Typ ii), gelegentlich auch PreBstoff mit Gewebeschnitzeln (Typ i 4) oder KOlllbinationen aus beiden. Flir geringere Anforderungen ,\'erden auch Lager mit Zellstoff- oder Papierbahnen (Typ 57), Zellstoffschnitzeln (Typ 540) oder Holzschnitzeln verpreBt. Die mit Kunstharz gebundenen Holzfurniere (KunstharzpreBholz) tl'eten Yielfach an die Stelle der geHchichteten Hal'tgewebelager. Keuerdings liegen auch, Yor aHem in den USA., sehr gute Erfahrungen mit Polyamidlagern fur vYalzgeruste Yor, die "ich durch ihre besonders hohe YerschleiBfestigkeit amzeichnen. Als Gegeml'erkstoff hir den

1 Arens, J.: Stahl u. Eiscn 1939, S. 213.- Plastics, Bd. 2 (193g) S.328. -Rohde, E.: Z. VDr 1940, S. g32, Stahl u. Eisen 1940, S.997. - Philippe, C. D.: Iron Coal Tr. Rev. Bd. 139 (1939) S. 797. - Philippe, C. D.: Engineering Bd.49 (1940) S.99. - Koegel, A.: Kunststoffc 1940, S.29g. - }lodern plastics, Bd. 17 (1940) Xr. 7,54, 70 (Kst. Techn. Kst. Anw. 1942. S.43 u. 30:3). - Czicho8, F.: }Iasch.-Bau-Betrieb 1941, S. 30 - Arens, J.: Kunststoffe 1942, S. 237. - Rohde, E u. Hellmanns: Stahl u. Eisen 1943, S. 20U. - Liebetanz, R.: Kunststoffe 1949, S.40.


Zapfen ist in allen ];~allen geharteter Stahl mit geschliffener oder mindestens feingeschlichteter Oberflache am besten geeignet .

Die Walzenzapfenlager werden entweder als Halbschalen gleicher Wandstarke ausgefuhrt oder als Blocklager. Daneben ist del' Zusammen-

Auu. 300. Walzwerkslager mit Segmcntstiiben aus Kunstharzprcl.lholz.

bau aus einzelnen Segmentstaben gebrauchlich, die in Einbaustiicken verschrauht werden. Ferner findet man auch Umkleidungen des Zapfens mit Kunststoffsegmenten (nicht mit dunnen Folien), die dann in StahlguBschalen laufen. Die Segmentaufteilung ermoglicht das Auswechseln einzelner Segmente bei VerschleiB. Aus dem gleichen Grund hat sich die getrennte Ausfuhrung des Lagerkragens als vorteilhaft erwiesen, die auBerdem eine einwandfreie Auflage del' glatten Segmentstiibe gewahrleistet, so daB Hiegebeanspruchungen vermieden werden (Abb. 300).

Abb. 301. Schmierung lind Kiihlung Zur Schmierung und Kiihlung werden die cines Walzenzapfenlagers.

Lager an Warmwalzwerken mit Wasser uber-flutet, wobei dann del' Zapfen zusatzlich an Fettbriketts ablaufen kann, urn die Schmierung zu verbessern und korrosive Wirkungen zu


vermeiden. In Abb. 301 ist eine solche Anordnung skizziert, Abb. 302 Hi13t dagegen die Bewasserungsbrausen und die Haltevorrichtung fur das Fettbrikett gut erkennen. Fur hohere Zapfendriicke oder hohe Umlaufgeschwindigkeiten kommt lllan ohne Fettschll1ierung nicht mehr aus.

Abu. 302. Scgmcnt~\Valzenlagcr filr cine Trio-WaJzcnstrafJc. Zapfcnd urchmcsser .tOO mill, IJagcrliinge 400 mm. Drehzahl 100 U 1m in. a Segmentlagersehale aus Kunststoff Typ 77. b Kiihlrohr f(ir die Wasserzufuhr. c Brausen zu beiden Seiten des "'apfcns. d Halteblech ZlIf Aufnahme des Fettbrikctts.

Die nachfolgende Zusalllll1enstellung wird als Richtlinie fiir den Anwendungsbereich del' reinen Wasserschmierung angegeben :

Belastung

bis 42 kg/cm2

42 - 126 126 - 335 liber 335

Gleitgeschwindigkeit

0,5 - 20 m/see } Wasser-075- 15 h . 1:25-12,5 se Imerung

Fettsehmierung erforderlieh

Die Schmierung mit Olemulsionen wird ebenfa,lls angewendet. Bei schlechter Schmiermoglichkeit konnen Kunststofflager vorgesehen werden, den en bereits bei del' Herstellung Graphit zugesetzt ist.

Die Anwendung von Kunststoffwalzenlagern beschriinkt sich nicht nul' auf Warlllwalzwerke. Sie bewiihren sich auch an Blechschleppgeriisten und an Kaltwalzwerken, wo allerdings die Wasserkiihlung vermieden werden sollte. ]i~ur die Lagerung von Kalanderwalzen in del' Papier- und Gummiindustrie sind Kunststoffe gleicherma13en gut geeignet. Hei den dampfbeheizten Walzen del' GUllllllikalander erweist sich die geringe Warmeableitung del' Kunststofflager als besonders vorteilhaft, da hierdruch eine Ersparnis an Heizdampf erzielt werden kann.


1m allgemeinen liegen die Vorteile der Kunststoffwalzenlager zunachst in der niedrigen Reibung, die in einem weiten Geschwindigkeits-

Abb. 303. Ausfilhrungsformen fiir Walzenlager. a Rahmenlager mit einteiligem Einsatzstiick, b Ruhmcnlager mit halbkreisformigen Pref3stoffsegmenten, c Rahmenlager mit aneinanderliegendcn Segmentstaben, d Rahmenlager mit Einzelnuten filr die RegmentstiLbe, e Rahmenlager mit ein-

gcsetztcn KunststoffkWtzen.

bereich konstant bleibt. Die dadurch erzielte Energieersparnis kann im Durchschnitt mit etwa 18% beziffert werden. Der geringe Verschlei13

Abb.304. Halbschalen au~ verprcf3tem Hartgcwebe zur Lagerung von Walzenzapfen.

bringt dazu eine wesentlich hohere Lebensdauer, als sie die sonst verwendeten Metallager oder die Pockholzlager aufweisen. Damit ist zugleich eine bessere MaBhaltigkeit des Walzgutes gegeben, die auBerdem noch dadurch erreicht wird, daB die Kunststofflager wahrend des Betriebes nachgestellt werden konnen. Metallager willden bei einer solchen


434 A. 'l'hum und C. jl1. Prhr. 11. jl1eysenlJUg: Klll1ststoffe.

Nachstellung illl Lauf sofort fressell. Schliel3lich ergibt sich bei reiner Was8erschmierllng eine spiirbare Schllliennitteler:<parnis gegeniiber den fettgeschmierten Bronze- oder H,utbleilagern.

Abu. 305. GesamtanordnuIIg der \Yalzcnlagcfungell an cinem grol3en V{alzgeriist. Lagerwerkstoff HartgewelJc 20,,1 (DIN 7735). it . a, Traglager fiir ,lie Stiitzwalzen aus je 9 Segmenten. b Hange· lager flir die obere Stlit.zwalze aus je 3 Segmente n, C I .. agerkragen fiir die Stlitzwalzen. d DObel fUr die Arh~itswalzen, e jc clreL Grund- und Scitenschal en fiir die obere Arbeitswalzc, e1 je zwei GrurHl- und ~eit,ell~ehaleIl fiil' die lIntcrc Arbei tswaJzc, f Hii,ngeiager fiil' die untero ArucitswaIzc, (J Lagerl\l'agcll fiir die Ari>eits\Yalzen, It Sehmiersehuh, i KtihlwasserdiisclI, kl> I] Keil mit Hchralluell

ZUlU \ 'erspallllen <1 er Scgmentc.

b) Lag'cr fiir JJasthebc- lind Fordermaschinen 1. In dem verhaltnismiH3ig muhen Betl'ieb der Lasthebemaschinen haben sich die Kunststofflager ebenfalls wegen ihrer geringen VerschleiBempfindlichkeit gut bewiihrt. Ahnlich wie bei den Walzwerkslagern liegen hier hauptsachlich kleine Gleitgeschwindigkeiten iIll nicht kontinuierlichen Betrieb vor, so daB

1 Lehr, E.: KUl1ststoffe 1937. S. 313. - Albrecht, K . H.: Kunststoffe 1938, S.150. Ehlers, G.: Z. VDI 1939, S.684. - Eckenberg. H.: Kunststoffe 1940, S. 77 .

Ehlers, G.: Kunststoffe 1942, S. 132. - Graebing, A.: Kunststoffe 1943, S. 44.

Anwendullgsbeispiele. 435

bei geeigneter Konstruktion und Schmierung auch hohe Belastungen aufgenollllllen werden konnen.

An Kmnen sind Kunststoffe schon fiir siimtliche vorkommenden Lagerungen verwendet worden: Die Lang- und Katzfahrwerkswelle, die Schnecke del' Katzfahrt, die Seilrollen , die Laufrader, Ausgleichs- und Flaschenrollen, die Schneckenradwelle liefen z. H. einwandfrei mit Kllnststoffbuchsen oder auch mit kunststoffbelegten Zapfen in GuBeisenschalen. Zm Schmierung IWllIlllt hier haupts1t chlich Fett in Frage, fiir die Lagerstellen in den Schnecken- und Radkasten erwiesen sich Kunststofflager mit Ringschmierung als geeignet. Das Lagerspiel mul3 wie bei allen Kunststofflagern verha.Jtnisll1iiJ3ig grol3 gehalten werden, was bei den nicht sehr hohen Anforderungen an die Laufgenauigkeit diesel' Aggregate uhne wei teres lll<iglichist. Schwierigkeiten ergeben sich allenfalls bei Kranen, die grol3er Hitze ausgesetzt sind.

Hei der :Lagentng von Ji'ordfrschnecken zeigen Kun"tstofflager erheblich geringeren Verschleil3 als RotguB- oder Gul3eisenschalen, wenn gehiirtete Zapfen und Fettschmierung ve rwendet werden. Dadurch ergibt sich allch eine Schonung del' iibrigen Konstruktionsteile. An Forderschnecken- .\hh. 306. Kranlallfrad llIit KIlIlStst"I'f"I">" ' rl,,,,,hsl' .

lagern aus Typ74 in einer Hrikett-fabrik war z. H. na ch 25000 Hetriebsstunden praktisch kein Ver,;chleiB . zu beobachten. Die Lager liefen mit Wellen aus St 50 bei F ettschlllierung. Weil3metallager lllul3ten an der gleichen Stelle nach :~-6 Monaten ausgewechselt werden und brachten starke Wellenabnutzullg.

An Eimer- u.nd Lottelbaggern lassen sich die Lager fiir Laufachsen und Fahrwerksvorgelegewellen mit Erfolg aus Kunststoff ausfiihren, ebenso die Polygonwellenlager und die Lagerungen fiir Eimerleitrollen und Seiltrollll1leln. PreJ3stofflagerungen fiir die Pendelzapfen d el' Raupentriiger und Laufradschwingen wurden fiir einen Raupenbagger z. B. mit 520 bzw. 560 nun Durchlllesser bei einer Lagerliinge yon 400 nm] ausgefiihrt; die Lagerdriicke betrugen 65 bzw. 130 kgjcm 2.

tiber gelegentliche Verwendung von Kunststofflagern wird berichtet bei Kur belwellenhauptlagern von Schach tfOrdermaschinen (Olschmierung)

28'

436 A. Thurn und C. M. Frhr. v. M eysenbug: Kunststoffe.

sowie fur Kreuzkopfschuhe, AchsIagerfiihrungen und Steuerungsbuchsen von Abraullldalllpflokolllotiven.

c) Schicnenfahrzeuge 1• Ebenso ,,·ie die zuIetzt erwiihnten Abraullllokolllotiven zahlen auch die Fordenyagen, AbrauJl1wagen oder l!'cltl-

AIJL. :107 . Kllnststofflngerllng fiir Felubahnwagenachsen. Links: Trapezfurmige Pre13stoffschale in dCl'sc llJcn Haufoflll wic die vor-her verwendeten llronzcschalen. Recht::;: Trapczf6rmigcs Eillbaustiick

alls Stahl (a) mit Prefistoffallsfiitterullg (b).

bahnwagen schon mehr zur Gruppe der Schienenfahrzeuge. Die Achslager der Feldbahmmgen sind neben den Walzwerkslagern wohl das haufigste Auwendungsgebiet fur Kunststofflagerelemente. Sie werden entweder

als Buchsen auf feststehenden Zapfen oder als Halbschalen ausgefuhrt. Beim Einbau der Schalen ist auf gute Auflage zu achten, denn die Sitze in den AchsstuhIen sind v ielfach un bearbeitet. An den Kunststoffschalen brechen dann leicht die Kanten aus oder treten Querbruche auf. Als Abhilfe hat sich eine vergroberte Form des Ver-

Abb.30b. F clLlbalumagcnla gcr aus Kunst stoff. bundlagers bewiihrt: eine Kunststoffhalbschale von

etwa 5 DUll Wandstiirke wird in ein stiihlernes Einbaustuck montiert und mit dies em in den Achsstuhl eingebaut. Diese Anordnungen haben auBerdem den Vorteil, daB die verhiiltnismiiBig dunne Kunst-

1 Makelt, fl.: Kunststoffe 1939, S.143. - Otto, K.: Z. VDr 1940, S.644. _ Gunther, W.: Kunststoffe 1940, S.244. - flojinghojj, fl.: Kunststoffe 1941, S. 1


stoffsehale eine bessere Wiirmeableitung zulii13t als ein selhsttragender Kunststoffeinsatz (Abb. :~07).

]3ei E'isenbahnfahrzeugen Teile (Wellen- oder Achslagerungen) bisher nicht verwendet. Dagegen ha-ben sieh Za pfenlager a us Hartgewebe fur Bremsgestange im Lokol1lotiv-

werden Kun"tstofflager fur umlaufende

bau versehiedentlieh bewiihrt. Achslagergleitplatten, Verschlei13ringe in den Drehpfannen und Gleitstiieke fur Drehgestelle an Personenwagen werden zum Teil serienma13ig aus Hartgewebe (Typ 77) herge,.;tellt. Abb. 309 zeigt ein solehes Gleit,.;tuekundseine Lageirn Drehgestell. Die in der Mitte angeord-

Abb. 309. Kunststoffglcitrlatte illl Drehgestell dnes EiHenbnlm· wagons. 1. Untercs GleiLstiick (Stahl), 2. Grundplatte (Stahl),

3. Zwischenstiick (Kunststoff Typ 77), 4. Zwischenring,

nete Drehpfanne ist in anderer Ausfuhrung in Ahb. 310 wiedergegeben. Eine 5 111m starke Sehlei13seheibe aus Hartgewebe (Typ 77) nilllmt an dieserStelle denDruek zwiHchen Wagenkasten und Drehgestell auf.

Tatzenlager fiir StmfJenbahnmotoren wurden gelegentlieh versuchsweise mit Kunststoffsehalen ausgerustet. Zweiteilige Lager von ll5 l1llll Durehmesser

5. Oberos Glcitstiick.

,--------~----- ~O¢----------I

Abb. 310. Drehpfanne mit Kllllststoffschlt'iGschdbc (oben).

und 200 1Il111 Liinge erriehten bei maximaler Gleitgetiehwind igkeit von 1,2 m/c;ec und Lagerbelastungen bis 10 kg/cm2 eine Lebensdauer von 150 000 Fahrkilometern, d. h. nieht weniger als die vorher eingebauten Zinnlager.

438 A. 1'1!1l1n Ulld C. ill. P"hr. v. Meysenbllg: KUIlHtsto/fe .

d) J,alldmasehill(,lI l • ] III Landlll<Lsch inen Imu if-;t wie ill allen ~tauhigpn Betriebeu die Yer~chleiHfe"tigkeit del' KlIll~tstofflager YOll VOl'tpil. Die Lager laufen hier illl allgeJll einelllllit gerillgen l'lIIfang;;gescln\'indigkeiten

ljp 7/1 f ID,Okg/cm.Z

=#====#<::§=:ilm o.J7mls I Stc 1M/e.g Typ7ll

lOI<g/crnl ilZZm./s StCI6.61eg

Typ7'1 8.01a)/crnl aZ9mls Jt C/6.51 ego

-------.-

J Typ 7/1 J,Okijlcml

Jr a!lmls LSt C 16.51eg. 1ljrP7ll-

iSkg/cmz t> ..... D23mls

" @~

1 TyP 7/1 Mkg/cm2

@ aqmls St 7011

" J ljrp77 MkijlcmZ

l alf8mls fie Iq 91

lind halJen dadUl'ch yerhiiltnisllliiLlig geringe Wiirllleenh\'icldung, IlIei"t "illd anch die spezifischen Lagerdl'iicke niedrig, .iedoch ];(illllell !lurch hiiufige StODe hohe 8eansprnchuI1gsspitzen enhtelJen. Die 'Vurtungf-;-

Ahb. :312 . J;:rntrbinder,mit 48 KllllststoffIagefstP11en. -----

lIIog1icbkeit i"t fasi dllreb\\'eg schlecht , die Eillbau- llnd La ufgenH lIig

keit kann Ilicht i Illlllerdie heste "eill. .'I.nfiinglich \\'urell daher hpi Einfiihrung YOIl

KUlIsbto fflage\'llseh n-iele 11'eh lscb liige z II

yerzei cll nen ,

1 1I1euoldt, IV.: KlIllststoffe Hl:1B, f-l.221. - - Raul! , ]\.: Ellt\\"irkiullgsiiuicll illl Landmaschinenbau. Essen 1 BriO.


wenn sie einfach an die Stelle der vorher verwendeten Metall-(meist Bronze-)Lager gesetzt wurden. Nach entsprechender Umstellung in Einbau und Auflage, vielfach VergroBerung der Lagerlange (1: d bis zu 2) und des Lagerspiels, Anderung des Wellenwerkstoffes oder zumindest der Oberflachen behandlung (Einsatzhartung) konnten jedoch PreBstofflager vom Typ 74 und 77 in Schleppern, Bindern, Mahern und sonstigen Landmaschinen mit gutem Erfolg serienweise eingebaut werden.

In Abb. 311 ist als Beispiel die Anwendungsmoglichkeit von Kun:;tstofflagern (mit Angaben tiber Lagerdruck, Gleitgeschwindigkeit und Wellenwerkstoff) in einem Binder dargestellt, von dem Abb. 312 eine Ansicht vermittelt. Leider war wie fast uberall ein akuter Mangel an Lagermetallen die treibende Kraft fur die Verwendung solcher Lagerungen im Landmaschinenbau, :;0

daB in neuerer Zeit tiber die Auflage von Serien mit Kunststofflagern nichts bekannt ist.

e) Aufbereitungs- und Verarbeitungsmaschinen1 .

An HartzerkleinerungsundAufbereitungsmaschinen, Steinbrechern, Mahlanlagen in Zementfa

Aub. 31 :3 . Lagcrpfanne aus HartgewelJe fUr cinen ltulldbrecher.

\.. J

A"II.314. \Vasscrg:ekiihltc La~erung-eincs ·Strinhrechrrs. l .l inks: MetaHager mit Kiihluug 'der l.agerschale. ltechts: Kunststofflager mit Kiihlung der Welle.

briken usw. haben sich Euchsen- und Schalenlager aus Kunststoff wieder urn besonders wegen ihrer Unempfindlichkeit gegen VerschleiB auch bei starkerer Verschmutzung bewi:i hrt. Auch Gleitplatten und Lagerpfannen aus Hartgewebe werden verwendet (Abb. 313). Wo bei den Maschinen Wasserkuhlung der Lager vorgesehen ist , kann diese zugleich zur Schmierung der Kunststofflager dienen (Abb. 314) . Sonst wird meist Fettschmierung bevorzugt.

f) Pressen- und Pumpenbau2• Fuhrungslager an GleitfUhrungen von hydraulischen Pressen als Euchsen oder Doppelhalbschalen aus Kunststoff ergeben die gleiche Lebensdauer wie sonst an dieser Stelle ver-

1 Lutze, W.: Z. VDI 1940, S. 691. - Brieger: Kunststoffe 1941, S. 96. - Kissler: Kunststoffe 1941, S.333.

2 Kling, H.: Kunststoffe 1939, S. 330, Z. VDI 1940. S.39. - Hensky. W.: Z. VDI 1940. S. 159. - Dreher, E.: Kunststoffe 1939. S. 139.


wendete Stahl bronze (A bb. SUi). Rei Tablettierpressen sind die Lagerung der Kurbelwelle und def Antriebsscheibe sowie die Fiihrungsbuchsen

A hb. 31[). 1\ unst:-:toff~ Fiihrungsbllchsen an einer h ydralllisclwn PI'es~e. a Grnndbllch:-;e fUr dell l)reL\kolben, b ~topflmch:-;e

flir den l?refJkollJoll, C l~'Uhrungsbllchse fUr delti QI/(~rhallpt.

d )Ianschcttenstiitzring.

Abu. 310. Klln~tstoffbllehse ZUI StGfklfilhru llg an ciner Taulettcnprestie . Links: 018chHlirrung wic bei Rronzelmcllscn.

Rcchts : A bgciillderte A tlsf'UliI'ung fiir F ett::;chmierung.

der SWBelein geeignetes Anwendungsgebiet fiir Kunststofflager. Fiir die StoBelfiihrungen empfiehlt sich der Dbergang von der 01- zur Fettschmierung (Abb. 316).

Wellen1ngerungen von Wasscrpumpcn konnen bei Verwendung von Kunststofflagern mit Wasserschlllierung In ufen (Ahb. :U7). Nellerdings findet man hier auch Po1ya m id1ager. Auch Gleitfii hrungen und Sch\l"lmgrad1ager an hydraulischen PU111-

pen konnen aus Kunststoffen hergestellt werden. In SaUl"ep7trllZJCn werden 111 it Vorteil GieBharzlager verwandt, sofern nicht die ganzen Gehiiuse und Einze1tei1e aus Ede1kunstharz oder stturebestiimligen Therllloplnstell gepreBt oder gespritzt werden.

g) Schiffsbau 1. Steyenrohrlager, die :stiindig illl Wasser 1a ufen, ga ben AnInH Zllr Vel'wendung von Knnststoffen, dlL diese gut fUr Wassel'sch llliel'ung geeignet sind. Allerdings blieben solche aus Segmentstiiben ZUS<LlIlIllenge:-;etzten

1 Irwin: Modern plastics, Ed. 14 (1942) S. 146. - Keller, G.: Kunststoffe 1944, S. 27. - Meehan. Enging. Ed. 70 (1948) S. 599. - Sass, F.: Konstruktion 1950, S .321.


Lagerungen (bis 600 mm Durchmesser bei 1500 mm Lange und 30 mm Wandstarke) auf wenige Versuchsbauten beschrankt. Die anfanglich sehr starke Quellung im Wasser erfordert hier groBes Lagerspiel und sorgfaltige Uberwachung beim Einlauf. Zusatzliche Fettschmierung empfiehlt sich zum Schutz der Welle.

Abb.317. Zweiteiliges Ringschmieriager einer Schieuderradwasserpllmpe. Links: WeHlmetall in RotgllOstiitzschaie. Oischmierllng. Rechts: Lagerschaie aus Kunststoff. Wasserscilmierung.

h) Kraftfahrzeugbau 1• Die Anwendung von Folienlagern oder PreBstoffwickellagern ftir Kurbel- und Pleuelza pfen in Verbrennungsmot01'IlrI, kam leider tiber wenilre

Abb. 318. W ellenwickellager an der Kurbelwelle eines JlInkers·Flugdieseimotors. JlImo 205 C nnch

210 lletriebsstundcn.

Abb. :319. Lagerung der Kurbelwelle cines Einzy Iindcrmotors mit Wellenwickellagern nach 120 Betriebsstllnden. H6cilstbelastunl: 130 kg/cm',

Gleitgcscilwilldigkcit 12 m /sec (3000 U /min).

1 Plastics Bd. 4 (1940) S.221. Gilbert, E. u. K. Lurenbaum: Z. VDI 1942, S. 139. - Gilbert, E.: Mot. Techn. Z. 1947, S. 58.

442 A. Thurn und C. M. FrILr. v. Meysenbug: Kunststoffe.

erfoJgreiehe Venmehe nieht hinaus. Derartige Lager Jiefen z. B. im Motor eines Opel-Olympin sWmngsfrei iiber JOO 000 kill Fahrstreeke. Bille pre13c;toffbewehrte Kurbelwelle hestand eine :200 8tunden-Erprobung in einem Junkers-FIlIgoiesellllotor mit verhilltnismiiBig sehl' hohen Lagerdriieken.

Jm Fahrwerk von Kraftfahrzeugen hnhen I>ieh Lagerungen mit gel'ingen Gleitwegen fUr Steuerungsgestilnge, Lagerkugeln an oen Enden del' Spurstangen uno oer I .. enksehubKtangen geJegentlieh durehgesetzt. FUr solehe Gelenkskugeln winl z. B. die Ausfiihrung aus vier Kunststoffsegmenten vom Typ 74, mit Graphitzmmtz yorgesehlagen, die ohne Sehmierung laufen konnen.

i) Werkzeugmaschinen 1, Die hohe Laufgenauigkeit der Wellenwiekellager, die infolge del' guten Warmeableitung kein gro13eres Lagerspiel erfordern als }letallager, ermogliehte aueh die Ausstattung von Drehspindeln mit KlIm;t"tofflagerungen. Die Gegem;ehnlen wuroen in GuBeisen am;gefiihrt, und die A hnutzung erwies :-;ieh in allen Anwendung:-;fiiJlen bedeutend geringer aIs hei den Metnll-Lagerungen. Trotzdem sind nul' Einzelnmdiihnmgen solehel' Lager bekannt. Aueh d ie J~agerung fiir VorgeJege und Getriehewellen, fii r Sehneeken, Kupplungshehel, Antriebs- und Leerlaufseheiben in Kunststoffhuehsen hat sieh hei Werkzeuglllasehinen bisher nieht einfUhren konnen. Ein bewahrtes Anwendullgsgehiet sind jedoeh Gleitfiihrungen ,til Betten \'Oll Drehbiinken, Hobelm,Lsehinon Will'. , die mit GJeitplatten z. B. alls Hartge,,-ebesehiehtstoifell helegt 'n~rclen.

k) Elektromotor('n 2, Wellellwickellager odeI' auf die Welle aufgezogene KUllst,;toffbuch"en wlIrden aueh zur Lagerllng von Drehstrollllllotoren erproht. Kun,;tstofflngersehalen oder -buchsen, in denen die Welle liiuft, komlllen hier nicht inBetraeht, da die schlechte Warmeahfuhr ein fiir die Ankerlagerung zu groBes Lagerspiel erfordern wiirde.

I) Feingeratebau 3, Fiir Laufwerke yon Synchronuhren konnen Platinen fiir die Zapfenlagerung au,.; Hartgewehe hergestellt werden. Die rneist geringen Lagerdriicke lasHen im Feingeriitebau iiberhaupt vielfaehe AnwenoungsmiigJichkeiten fiir KUllststofflager zn.

I Gilbert, E. u. K. Liirenbaum.: Z. VD11942, S. 139. - Akin, R. E.: Mod. Plast Bd. 27 (1949) S. 114 u. 174.

2 Kuntze, A._· Z. VDI 1937, R. :~:~8. - 3 Schweizer Archiv 1944, R. 75.

c. Koble. Von Dr. H. Wiemer, MehlellljRhld.

Mit 4 Abbildungen.

I. Allgemeines. Koblelager sind ein Erzeugnis der KohlekemllliIL In Anlehnung an

die Verfahrenstechnik der kemmischen Industrie wird Kohlepulver mit Bindernitteln zu Formkorpern gepreBt, und die PreBlinge werden dann durch Verkokung des Bindemittels verfestigt.

K\lnstkohle wird ,lrehntllcht fiir Kohlehiirsten und 8chleiflwntakte in del' Elektroin-dllstrie, flir Kohle·

c;chweiBstii be , I .. ich t hogen lwhlen \I nd Hntteriestifte lind fiir 1\..ohlefOrillteile fiir die

yen;chiedensten \' erll"end ungs

z\\'ecke, \VOZlI allch die Kohlelager zu rechnen "ind . Die~.e Angaben la:;sen erkennen, daB die .~ub. ;120. Kohlelngcr. Kohleker<Llllik ei- (Wl'rkfoto; l{.ingsdorff-Werke GmbH., M<' lllem/Rh.)

nen grundlegend \\'iehtigell und viebeitigen lndustriezweig darstellt .

2. Aufbau und Eigenschaften. l!'iir Lager \\'ird vornehl1llich elektl'ogmphitierte Kuhle vel'wendet.

Bei del' Elektl'ographitienmg wird die bereits gebmnnte Kohle illl direHen Strollldurchgang auf Tel1lperaturen libel' 2500 ° gebracht. Dabei verdampfen alle Verunreinigungen, und die Graphitkristalle zeigen ein l1lerkliches Kornwachstulll. Gerade die letztere Beobachtung ist fur die Gleiteigenschaften eines Kohlelagers besonders wichtig. Grobkristalliner Graphit verlllag hesonders gut zu schlllieren, da diesel' Schuppen abo sondern kann, die dick genug sind, urn nach weiterer Aufspaltung wieder spaltbare Reste zu liefern 1.

1 Neukirchen, J.: Rin~sdorff-Werke GmbH., Priiffeldmitteilung 16 (1951).

444 H. Wiemer: Kohle.

Zahlentafel 1 gibt Auskunft tiber die mit Elektrographit erreiehbaren physikalisehen lind meehanisehen Eigensehaften, und in Zahlentafel 2 sind entspreehende Werte yersehieden diehter \Verkstoffe zusUllllllengestellt, die fUr Lager yerwendet werden.

Zah lentafel 1. Physilmlische und mechanische Eigenschaften von Elektrographit (nar}".T .• Ve11kirrhrn)l.

Riickprallharte Diehte g/em3 1,55 - 1,85 nach Shore t/em2 0.75 - 1,2

Vergleichswerte Kupfer 3,;; - 5 Bronze 7 Elastizitatsmodul

kg/em2 .50 000 - l[)o 000 Zugfestigkeit kg/em2 30 - 60

Heibwert 11 0,08 - 0,17 Biegpfestigkeit

kg/ elll 2 100 - .~OO ---------------------------l---~ Therlllische Ausdehnung

2 - 10 . 10-6

l)ruckfestigkcit kg/em2 200 - ;;00

1 Naeh Angahen dcr Ring.sdorff-vVerkc GmhH., ~Iuhlclll/Hh.

ZahlentafPl 2. Ph l/sikalische und mechanischeEigenscha Iteneiniqrr verschl:eden diehta /IJ/ektrogra philpl.

Dichte g/em" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,;;;; I

] ,65 1,70

Bruehfestigkcit kg/elll2 ............ 300 :wo 600

Hiirte (Riickprallharte Shore) ...... ;;0 (iO 75

Thermisehe Ausdchnung 10-6 ..... 2,6 4 .) ,~ 7,H

Spezifischer Widerstand ........... 20 46 35 1 ~ach AngalJCIl der lUngs(lorff-"'erkc GmbH., :\fphlPmjRh.

Zahlelltafd ;{. Ph l/siAalisthe und mechani8fhe Eigen8Chaften '1"ers~hieden dichter Hwrtl.ohlelager l .

llit:hte

1,60 1,67

Iliirte (Shore)

7;; 87

700-800 1500-1700

1 Kach Angahen der Hings<lorff- Werke GmuH., Mchl(,lIljRh.

400 535

Bei extrem hoher Flachenbelastung und niedriger Gleitgeschwindigkeit haben sieh aueh llichtelektrographiticrte Hartkohlelagcr mit hohcn Graphitzusiitzen bewiihrt. Physikalische und tcchllologischc Eigcnsehaften solcher WeI kstoffe bringt Zahlentafel 3.

3. Anwendung. Fiir eille Temperaturbestandigkeit bis 200 0 und hci Glcitgesehwin

digkeit untcr 1 mjsee. werdcn aueh flir hohc Belastullgen kunfitharzgebundelle Graphitkohlell verwendct. Sic konnen bci nieht Zll engell Toleranzforderungen (~ IT9) auf FcrtigmaB gepreBt werdcn und vel"mogen so bei groBeren Stiiekzahlen gegeniibcr den bei ho11en Temperaturell gehrannten und allsehlieBend spangebend bearbeiteten Lagern preisliehe V orteile zu bietell.

Schmierung. 445

Kohlelager (Abb. 320) werden bevorzugt eingesetzt, wenn met.allische Gleitlager oder Kunststofflager nicht verwendet werden k5nnen; so zum Beispiel dort, wo chemischer Angriff den Einsatz von Metallen und Kunststoffen verbietet. Diese Verhaltnisse sind im chemischen Apparatebau haufig gegeben. Da Kohle gegen verdiinnte Sauren, Sauredampfe und Laugen sehr widerstandsfahig ist, werden Kohlelager mit Vorteil in entsprechenden Pumpen und in Exhaustoren fiir saurehaltige Gase verwendet. In Gegenwart konzentrierter, stark oxydierender Sauren, wie beispielsweise Schwefelsaure und Perchlorsaure, ist Graphit nicht bestandig, da er unter Bildung von Graphitbisulfat bzw. Graphitperchlorat oder entsprechenden Verbindungen bei anderen Sauren stark aufquillt. Konzentrierte Salzsaure zeigt demgegeniiber keinerlei Einwirkung auf Graphitl.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist Kohlelagern bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen, also unter solchen Bedingungen vorbehalten, bei denen eine 01- oder Fettschmierung nicht mehr anwendbar ist. Zu t.iefen Temperaturen ist praktisch keine Grenze gesetzt. Die Verbrennung in Luft oder Kohlensaure beginnt erst bei etwa 450°. So haben sich Kohlelager fiir Transportrollen in DurchlaufOfen sehr gut bewahrt. Auf Grund der Vereinigung guter elektrischer und thermischer Eigenschaften mit entsprechenden Gleiteigenschaften werden Kohlelager auch erfolgreich in elektrischen Geraten an stromfiihrenden Lagerstellen verwendet, zum Beispiel fiir die Lagerung von Stromabnehmerrollen der Stra£enbahnen.

1m Kraftfahrzeugbau werden Kohlelager als Kupplungs- und Ausriicklager gebraucht 2• Die Lager haben die Aufgabe, den bei der Betatigung der Kupplung auftretenden axialen Druck aufzufangen. Hier haben sie sich so gut bewahrt, daB es heute kaum noch Getriebe an Kraftfahrzeugen gibt, in die sie nicht eingebaut sind. Auch der Axialschub kleiner Dampfturbinen, wie sie zum Beispiel auf Lokomotiven zum Antrieb des Beleuchtungsgenerators vorgesehen werden, wird von solchen Drucklagern aus Kohle aufgenommen. Ihre guten Gleit- und Poliereigenschaften, ihre ausreichende mechanische Festigkeit haben das friiher benutzte axiale Kugellager aus derartigen Getriebestellen fast ganz verdrangt. Die vielseitig verwendeten Kohledichtungsringe sind in etwa auch noch zu den Kohlelagern zu rechnen, da ihr Einsatz auf der der Kohle eigentiimlichen ausgepragten chemischen und thermischen Bestandigkeit im Verein mit guten Gleiteigenschaften beruht. Abb. 321 zeigt verschiedenartige Ausfiihrungsformen von Kohledichtungsringen.

4. Schmierung. Bei den bisher besprochenen Einsatzgebieten wird nur der Graphit

als Gleitmittel verwendet. Kohlelager k5nnen zusatzlich auch mit 01 oder

1 Neukirchen, J.: Chemie-Ing.-Techn. 22 (1950) S.345/47. 2 S u. E-Erzeugnisse, Druckschrift Schunk & Ebe GmbH., GieBen.


Fett geschmiert werden. Mit einer derartigen Zusatzschlllierung ist aber die Gefahr verbunden, daB durch K antenpl'essung oder Oberfliichenrauhigkeiten der Welle groBere Mengen von Graphibtaub abgerieben werden. die dann bei Gegenwart flussiger Schmierstoffe eine sellr ziihfhissige PaRte bilden konnen , die die Gleiteigenschaften eilles Kohlelager" gegeniiher einer reinen Craphit,.;chmierung erheblich verschlechtel't.

Ahh. 321. K ohlcdicht,lIngsring(' (\\' t' l'kroto: RillJ!~dol'rr-\Yc'J'kc' (:lIdd~ .. :\lI'llIt'III / HII. ).

Deshalh ist, d iese l\1og1ich keit hi,.;]\er auf SondNfiille be· schriinkt gehlieben.

Bei hochbean-spruchten Elektro· motoren yon 2 his 665 kW he i ;WOO hi s GOO 1T jMin \\UI'den Lnger mit Graphitausldeidung gelll ii 13 Abh. 222 yer\l'endeP . Diese Lager wurden bei einem Lagerspiel yon O,a Ojo iiber einen losen 8chlllierring III it

Dy"allloiil ge,.;chllliert. :\lI ch z\\eijiihrigel' Lallfze it (IO 800 "Betriebsstllnrlen) \l'ar der Yersehleif3 del' ],ager IIl1d df'r Wellen geringer als bei

"". I

- /I

Anlriebseile Abb.322. Kohlelager fur Elektrolllotorell nach JJ. Semmler'

j edelll anderen Lagerwerkstoff. Hei einem Notlaufversuch,bei welchelll der Schmierring 14 'rage festgehalten wurde, so daB das Lager ohne Olzufllhr weiteral'beitete. trat keine "Beschadigung des Lagers oder der

Welle, kein HeiBlaufen und kein merkbarer VerschleiB auf. Nach einer franzosischen Patentanmeldung 3 werden Kohlelager zur Verbesserung del' Gleiteigenschaften mit fltissigen Metallen odeI' Metallsalzen und anschlieBend mit einem Gemisch von Leinol und Schwefel getrankt .

1 Rohde, E.: Stahl u. Eisen 63 (1943) Sl. 85/94. -- 2 S emmler, H.: Stahl u. Eisen 59 (1939) S.377/78. - a P. V. Nr.484700 (3. XI. 1943).

Herstellung, Bearbeitung. 447

Derartig vorbehandelte Kohlelager zeigten naeh 5-monatiger Beant;pruehung in einer Bohrmasehinenspindel bei 6000 U/Min. ohne Zusatzsehmierung keine merkliehe Abnutzung. Naeh dem Kriege sollen sie sieh im Textilmasehinenbau gut bewahrt haben.

5. Herstellung, Bearheitung. Kohlelager konnen zumeist nieht wie Sinterlager einbaufertig gepreBt

werden. Sie miissen aus Stangen oder Rohren herausgearbeitet werden. Wenn dadureh aueh ihre Herstellung erheblieh verteuert wird, so ergibt sieh andererseits der Vorteil, daB ihr Einbau hinsiehtlieh Zentrierung, Fluehtung und Lagerspiel einfaeher ist als bei Sintermetall-Lagern. Sind beim Einbau keine Sehwierigkeiten zu erwarten, so konnen Kohlelager einbaufertig bearbeitet vom Hersteller bezogen werden. 1m anderen FaIle empfiehlt es sieh, Rohre oder VoIlstiieke auBen auf MaB zu bearbeiten und diese dureh Einsehrumpfen im Lagergehause zu befesti

Freiwinkel a -----------

25-30° gen. Die Bohrung kann naehtraglieh wie bei einem massiven Gleitlager dureh K_e_il_w_in_k_e_I_--'-fJ _____ 1 __ eo_o_

Bohren und Aufreiben genau zentriert Schnittwinkel 15 (a + fJ) = 85-90°

und auf ToleranzmaB gebraeht werden. Spanwinkel y (90°-15) = 0_50

Wie Kohle zweekmaBig bearbeitet wird, Einstellwinkel ist aus den in Zahlentafel 4 zusammengestellten Bearbeitungsriehtlinien und

A bb. 323. ReRrbeit,lIng von Kohle.

aus Abb. 323 zu entnehmen. Da Kohlelager naehtraglieh fast immer bearbeitet werden, sind aueh kompliziertere Abmessungen, wie beispielsweise Kalottenlager oder Halbsehalenlager, selbst in klein en Mengen lieferbar.

Zahlentafel4. Bearbeitungsrichtlinien fur Kohlelager1 •

1. Drehen. Spanabhebende Bearbeitung erfolgt zweckmaBig mit Hartmetall H 1, gegebenenfalls S 1, auf schnellaufenden, gutgelagerten Maschinen. Kohle zerstaubt beim Drehen. Fur entsprechende Absaugung muB gesorgt werden. tiber die Einspannung des Schneidstahles unterrichtet Abb. 323.

Schnittbedlngllngen

Schnittgeschw. Vorschub ... . Spantiefe ... .

Schrllppen

300-500 m/min. 0,20-0,30 mm/U

bis 7 mm

Schlichten

200-300 m/min. max. 0,10 mm/U

0,1-0,4 mm

2. Schleiten. Das Schleifen erfolgt zweckmaBig bei Umfangsgeschwindigkeiten zwischen 30 und 36 m/sec mit Siliziumkarbidscheiben, deren Kornung zwischen 36 und 40 bei einer Harte von K - M Hegen soll.

3. Spannen. Das Spannen der Teile hat entsprechend den geringen zulii.ssigen Schnittdriicken aullerst vorsichtig und leicht zu erfolgen.

1 Nach Angaben der Ringsdorff-Werke GmbH. Druckschrift MK 143.


Die Bearbeitung der Bohrungen geschieht am besten in Spannzangen oder Spreizringen. Die Spannung im Drehbackenfutter ist nur zuJassig bei IYandstiirken uber 10 mm. Zum Schlichten und Feinschlichten empfiehlt sich die Aufnahme des Teiles auf fliegende Dorne oder Dorne zwischen Spitzen. Die Dorne werden, wie ublich, mit einer Konizitat von 0,02 mm auf 200 mm Lange hergestellt.

4. Kilhlung. Die Kuhlung soll bei Kohle keinesfalls durch Bohrolemulsionen oder Sehneidol erfolgen. Es geniigt der Luftstrom der Absaugung.

5. Bohren. Beim Bohren von Kohle ist vor dem Austritt des Bohrwerkzeugcs der Vorsehub auf ein Mindestmal.l herabzusetzen. Fur das Spanncn und die Irerkzeuge gilt das unter Drehen Gesagte.

6. Einbau. tber das fiir Kohlelager zweckma13ige Lagerspiel konnten aus Yor

liegendem Schrifttulll keine umfassenden Angaben entnommen werden. ~ach unseren Erfahrungen durfte fiir hohere Umfangsgeschwindigkeitell zwischen 1 und 3 m/sec ein Lagerspiel zwischen 0,5 und 0,3 % yom Wellendurchmesser zweckmiiBig ~ein. Fur sehr geringe Gleitgeschwindigkeiten (unter 0,5 m/sec) aber sehr hohe Belastungen, Betriebsbedingungen, wie sie bei Transportrollen in Trocken- und GlUhOfen haufig YOI'kommen, kann ein bedeutend groBeres Lagerspiel gewiihlt werden. Hier liegen die Erfahrungswerte bei 1 bis 3% yom Wellendurchmesser.

Die Lagerliinge solI zwischen 0,5 und 1,0 d liegen, wobei 1,0 d nur fur kleine Bohrungsdurchmesser bis zu etwa 20 mm gilt. Die Wandstarke solI bei Kleinstlagern bis zu etwa 10 mm Bohrungsdurchmesser 3 mm moglichst nicht unterschreiten. Dei groBeren Lagerbohrungen werden zweckmiiBig Wandstiirken yon mindestens 5 mm gewtlhlt.

An die Wellenfestigkeit werden auf Grund del' geringen Hiirte yon Kohlelagern keine besonderen Anforderungen gestellt, wohl abel' an die Oberfliichengute der Welle, die immer feinstgeschliffen und moglichst auch noch geliippt sein sollte.

Zylindrische Kohlelager werden meist auch im PreBsitz eingebaut. Gunstige Passungssysteme fUr Betriebstemperaturen bis etwa 200 0 sind n6 oder 1'6 gegen H7 fUr Durchmesser bis etwa 50 mm und daruber n7 odeI' r7 gegen H8. Bei Betriebstemperaturen uber 200 0 empfiehlt sich ein Einschrumpfen in H7 bzw. H8, wobei dann die zweckentsprechende AuBenpassung des Kohlelagers z6 odeI' z8 ist. Kohlelager mussen wie Sintermetallager mit einem geschliffenen Dorn eingepre13t werden, wenn sie nicht, was ohne Einschrankung moglich ist, nach dem Einbau noch auf ToleranzmaB aufgerieben werden.

Zusammenfassend ergibt sich aus dies en AusfUhrungen, daB Kohlelager heute bevorzugt dort eingesetzt werden, wo metallische Gleitlager und solche aus Kunststoff nicht yerwendet werden konnen. Sie bilden somit in erster Linie eine willkommene Erweiterung der fur Gleitlager aus Metall odeI' Kunststoff gegebenen Moglichkeiten.

Sachverzeichnis.

Ableitung der Warme 6. Abmessung des Lagers 6. -, Aluminiumlegierungen 162, 197.

GuBeisen 359. Holz 375. Kunststoffe 423.

, Sintermetalle 345. Abnutzung s. VerschleiB. Alcoalegierung 193. Altstoff 33, 121. Aluminiumbronzen 249, 273. Aluminiumlegierungen, Entwicklung

152. , Aufbau und Eigenschaften 157.

-, Gestaltung 197. -, Legierungsvorschlage 153. -, Zusammenfassung 202. Aluminiummehrstoffbronzen 251. Aufbau s. Gefiige. Anwendungsbeispiele fiir Kunststoffe

429. -, Kohle 444. Arten der Kunststoffe 388 Ausbrand 119. AusguBdicke 6, 86, 309. Ausdehnungsbeiwert von Aluminium-

legierungen 188, 202. Gehartete Bleilegierungen 104. Kadmiumlegierungen 137. Kohle 444. Kunststoffe 402, 409. Sintermetalle 346. WeiBmetalle 81. Zinklegierungen (hierunter RotguB, Bronze, Sondermessing) 218, 222.

Bearbeitbarkeit 20, 395. Bearbeitungsrichtlinien fur GuBeisen

358. -, Kohle 447. -, Sintermetalle 352. Befestigung der Ausgusse fur Alumini

umlegierungen 155, 167, 198. , Holz 366, 372, 384.

-, Silberlegierungen 206. -, Sintermetalle 346. -, WeiBmetalle 53. Begriffe 238.

29 KUhnel, Gleitlager, 2. Auf!.

Belastbarkeit, allgemein, 8, 28. Bleilegierungen 87. gehartete Bleilegierungen 126. Bronze 309, 361. GuBeisen 361, 415. Kadmiumlegierungen 145. Kunststoffe 415, 418. Leichtmetalle 192. Messinge 277.

, Sintermetalle 339, 341. Bn.-Metall 97. Benetzbarkeit 10, 156. Betriebsverhalten von geharteten Blei-

legierungen 129. GuBeisen 360. Holz 373. Kadmiumlegierungen 149. Kunststoffe 408. Leichtmetalle 203. Silberlegierungen 205. Sintermetalle 354.

, WeiBmetalle 98. Bewertung der Gleitlagerwerkstoffe 1. Biegefestigkeit, allgemein 15_ -, gehartete Bleilegierungen 108_ -, Holz 371. -, WeiBmetalle 73, 75. Dauerbiegefestigkeit von geharteten

Bleilegierungen Ill. Kadmiumlegierungen 140. Kunststoffe 402. Leichtmetalle 188. Zinklegierungen 219, 222.

, WeiBmetalle 79. Bindung, allgemein 22. -, Kadmiumlegierungen 144. -, Kupferlegierungen 314. -, WeiBmetalle 53. Bindungsfestigkeit 55. Bleibronzen, Entwicklung 278.

Beziehung zwischen Aufbau, Eigenschaften, Oberflachengiite und Gleitverhalten 307_ EinfluB der Legierungsbestandteile auf Aufbau und Eigenschaften 291. Entwicklung 278_ Erstarrungsschaubilder und Aufbau 286.

450 Sachverzeichnis.

Bleibronzen -, Gebrauchliche Legierungsnormen,

Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften 281, 315.

Bleizinnlegierungen Biegefestigkeit 73. Bindung 55. Dauerschlagfestigkeit 82, 112. Druckfestigkeit 71. Gefuge 47. GieBbedingungen 50. Harte 63. Kerbschlagzahigkeit 74. Laufverhaltiln 87. mechanische Eigenschaften 61. metallurgische Eigenschaften 49. physikalische Eigenschaften 95. VerschleiB 94. Warmeleitfahigkeit 95. Warmeausdehnung 96. Warmharte 63. Warmzugfestigkeit 70. Zugfestigkeit 69. Zusammensetzung 38.

, Zustandsschaubild 45. Borotal 166. Bronze, RotguB, Messing, Entwicklung

233. Begriffe und Normen 238. Beziehung zwischen Aufbau, Eigenschaften. Oberflachenzustand und Gleitverhalten 275. Erstarrungs8chaubild, Aufbau und EinfluB der Legierungsbestandteile 254. Gebrauchliche Legierungen und Eigenschaften 239ff., 318.

Chemische Zusammensetzung, allgemein 13. Aluminiumlegierungen 153. Bleibronzen 281. Bleilegierungen s. Zinnlegierungen. gehartete Bleilegierungen 115. Kadmiumlegierungen 141. Kupferlegierungen 283. Magnesiumlegierungen 194. Silberlegierungen 204. Sintermetalle 309. Zinklegierungen 211.

, Zinn- und Bleilegierungen 35. Chrombronze 245.

Darstellung, zweckmaBige 27. Dauerbiegefestigkeit s. Biegefestigkeit. Dauerschlagfestigkeit 82. 112. Dauerstandfestigkeit 115. Deckschichten 271. Dichte s. spezifisches Gewicht.

Druck und Geschwindigkeit 29. Druckfestigkeit, allgemein 14.

gehartete Bleilegierungen 108. Holz 370. Kohle 444. RotguB 14. Sintereisen 323.

, WeiBmetalle 70. Dunnflussigkeit 22, 52. Durchbiegung der Welle 6.

Einbau von Holz 372, 384. -, Kunststoffe 425. -, Leichtmetalle 155, 197. -, Sintermetalle 345. Einbettfahigkeit 311, 397. Einlauf von geharteten Bleilegierungen

93, 123. GuBeisen 358. Kunststoffe 412. Kupferlegierungen 234.

, Leichtmetalle 154. Elastizitatsmodul 76, 137, 444. Entmischung 23, 55, 106, 287. Enthartung 114. Entwicklung, allgemein 1.

gehartete Bleilegierungen 97. GuBeisen 357. Holz 365. Kadmiumlegierungen 133. Leichtmetalle 152. RotguB und Bronze 233. Silberlegierungen 203. Sintermetalle 319. WeiBmetalle 35.

, Zinklegierungen 210. Erfahrungsbeispiele von geharteten

Bleilegierungen 129. , GuBeisen 360.

-, Holz 376. -, Kadmiumlegierungen 149. -, Zinklegierungen 229. Erstarrungsschaubilder von Alumini

umbronze 273. Bleibronze 288. Bronze 255. Leichtmetalle 177. Messing 267. WeiBmetalle 41. Zinklegierungen 214.

Fallender GuB 25. Feuchtigkeitsaufnahme 117, 391. Formgebung 375, 465. Fiillmittel fur Kunststoffe 389, 403.

Gefugc, allgemein 23. , Bleibronze 286.

-, gehartete Bleilegierungen 97.

Sachverzeichnis. 451

Gefiige GuBbronze 241. GuBeisen 357. Holz 368. Kadmiumlegierungen 133. Kupferlegierungen 254. Sintermetalle 319.

, WeiBmetalle 43. Gehartete Bleilagermetalle, Einleitung

97. Aufbau 99. Betriebsbewahrung 129. chemische Eigenschaften 1I5. mechanische Eigenschaften 104. metallurgische Eigenschaften ll8. physikalische Eigenschaften 103. Laufverhalten 123. VerschleiB 126.

, Zusammenfassung 131. GenauguB 122. Gerauschminderung 321. Geschichtliche Entwicklung, allgemein

1. Aluminiumbronze 273. Aluminiumlegierungen 152. Bleibronze 278. gehartete Bleilegierungen 97. GuBeisen 357. Holz 365. Kadmiumlegierungen 133. Kohle 444. Kunststoffe 387. Magnesiumlegierungen 195. RotguB und Messing 233. Silberlegierungen 204. Sintermetalle 319. Sondermessing 266. WeiBmetalle 35.

Gesinterte Lagermetalle s. Sintermetalle Geschichtete PreBstofflegierungen Gestaltung 6. -, Holz 375. -, Leichtmetalle 197. -, Silberlegierungen 206. GieBen, allgemein 25.

, Bleibronze 280. -, gehartete Bleilegierungen 1I8, 122. -, WeiBmetalle 50. Giftwirkung von Kadmium 143. Gleiteigenschaften, allgemein 7.

gehartete Bleilegierungen 123. GuBeisen 360. Kadmiumlegierungen 145. Kunststoffe 420. Leichtmetalle 184, 192. RotguB und Bronze 224. Sintermetalle 334.

, WeiBmetalle 87. Glutfestigkeit von Kunststoffen 403.

2!1*

Grafitzusatz, allgemein 24. -, GuBeisen 357. -, Leichtmetalle 172. -, Sintermetalle 321, 355. Grenzreibung 8. GuBbronze 339. GuBeisen, allgemeines 357.

Aufbau 357. Bearbeitung und Schmierung, mechanische Eigenschaften 358. Formgebung 359. Priifstandsversuche 359. Verwendungsbeispiele 360.

Hartbare Kunststoffe 389. Harte, allgemein 16.

Aluminiumbronze 252. Bleibronze 287. gehartete Bleilegierungen 104, 108. Bronze und RotguB 237, 317. GuBeisen 358. Holz 371. Kadmiumlegierungen 138. Kohle 401. Kunststoffe 444. Leichtmetalle 171, 181. Magnesiumlegierungen 192, 194. Sintermetalle 323, 325. Sondermessing 250. WeiBmetalle 62.

, Zinklegierungen 217. Holz, allgemein 365.

Anwendungsbereich 373. Auswahl und Behandlung 368. Eigenschaften 369. Formgebung 375. Kiihlung und Schmierung 385.

Kadmiumlegierungen, Einleitung 133. Aufbau 135.

, mechanische Eigenschaften 132. -, metallurgische Eigenschaften 142. -, Laufverhalten 145. -, Zusammenfassung 150. Kantenpressung, allgemein 6. -, GuBeisen 358. -, Kadmiumlegierungen 150. -, Leichtmetalle 160, 176, 187. Kerbschlagzahigkeit, allgemein 16. -, gehartete Bleilegierungen ll3. -, WeiBmetalle 74. Klotzchenprobe 3, 335. Kohle, allgemein 443.

, Anwendung 444. -, Aufbau und Eigenschaften 443. -, Herstellung und Bearbeitung 447. -, Schmierung 445. Korrosion -, gehartete Bleilegierungen ll5.


Korrosion -, Kadmiumlegierungen 141. -, Leichtmetalle 156, 187. -, Zinklegierungen 312. Kratze 119. Kristallisation 304. Kiihlung der Holzlager 385. Kunststoffe, allgemeines 387.

Anforderungen der Lagerherstellung 404. Anwendungsbeispiele 429. Arten, Verarbeitung und Eigenschaften 388. Behandlung 405. Betriebsverhalten 408.

, Werkstoffgerechte Gestaltung 421. Kunststoffbewehrte Welle 429. Kupferlegierungen, Bronze, RotguB,

Messing 233. Begriffe und Normen 238. Beziehung zwischen Aufbaueigenschaften, Oberflachenzustand und Gleitverhalten 275. Entwicklung 233. Erstarrungsschaubild, Aufbau und EinfluB der Legierungsbestandteile 254. Gebrauchliche Legierungen, Eigenschaften 239.

Lagerdruck 192, 340. Lagerformen, allgemein 6.

, Holz 375. -, Leichtmetalle 155, 197. -, Silberlegierungen 206. -, Sintermetalle 345. -, WeiBmetalle 36. Lagerlange 6, 345, 423, 448. Lagerpriifung 3, 12, 184. Lagerspiel 19, 198. 349, 411, 424, 448. Laufverhalten s. Einlauf und Gleit-

eigenschaften. Leichtmetalle s. Aluminium- und Mag

nesiumlegierungen 192, 195. Lockerstellen 23. Lurgi 109.

Mechanische Eigenschaften, allgemein 14. Aluminiumlegierungen 157. Bleibronzen 286, 315. gehartete Bleilegierungen 104. Bronze, RotguB 237, 317. GuBeisen 358. Holz 369. Kadmiumlegierungen 137. Kunststoffe 390, 400. Magnesiumlegierungen 192, 194. Messing 266.

Mechanische Eigenschaften -, Sintermetalle 319. -, Sondermessing 266. -, WeiBmetalle 61. -, Zinklegierungen 218. Messinge, GuBlegierungen 248. -, Gefiige 266. -, Knetlegierungen 249. Metallurgische Eigenschaften, allgemein

21. Bleibronzen 286. gehartete Bleilegierungen 118. Kadmiumlegierungen 142. Messing 248.

, RotguB 248. -, WeiBmetall 49. Mikroharte, allgemein 27. -, gehartete Bleilegierungen 102. -, Kadmiumlegierungen 136.

Nachhartung 105. Nicht hartbare Kunststoffe 392. Nickelbronzen 252, 254. Normen, allgemein 13. -, Kupferlegierungen 238, 281, 315. -, Leichtmetalle 159, 175. -, WeiBmetalle 37. Notlauf bei geharteten Bleilegierungen

125. Kupferlegierungen 310. Kunststoffe 420. Leichtmetalle 154, 160. Sintermetalle 335.

Oberflachenzustand, allgemein 10, 13. -, Kupferlegierungen 277, 307. -, Leichtmetalle 184. 01, Oladhasion 10, 337. -, Aluminiumlegierungen 169. -, Angriff des Ols 117, 141. Oxydbildung 119, 142.

Patentiibersicht 134, 179, 191, 193. Phosphorzinnbronze 243. Physikalische Eigenschaften von ge

harteten Bleilegierungen 103. , Kadmiumlegierungen 137.

-, Kohle 444. -, WeiBmetalle 95. -, Zinklegierungen 216. Priifmaschinen fiir Lager und Lager-

werkstoffe 3, 4, 5, 12, 184. Priifstand 4, 359.

Quarzal 174. Quellen der Kunststoffe 408.

Rahmenlager aus Pockholz 384. Reibungsbeiwert

, Kohle 444. -, Leichtmetalle 160.

Sachverzeichnis. 453

Reibungsbeiwert - Sintermetalle 342. -: WeiBmetalle S7. -, Zinklegierungen 226. Reibungsmoment IS4. RotguB s. Bronze.

Satcometall 97. Schlagfestigkeit, ~llg~mein 16. -, gehartete Bleileglerungen 112. -, Kadmiumlegierungen 147. -, WeiBmetalle S2. SchleuderguB 122. Schmelzen 49, 119, 142. Schmelzpunkt 21. Schmierung 1, 7, S, 3S5, 426, 431, 445. SchrumpfmaB s. SchwindmaB SchwindmaB, allgemein 22, 23. -, gehartete Bleilegierungen 104. -, Kadmiumlegierungen 137. -, Kunststoffe 403. -, Leichtmetalle ISS, 194. -, Sintermetalle 346. -, Zinklegierungen 217. Silberlegicrungen -, Entwicklung 204. -, Gestaltung 206. Sintermetalle -, Anforderungen an Ein~au. und F~r

tigung, AnwendungsbeIsplele 340. , Aufbau, physikalische und mecha-

nische Eigenschaften 320. -, Entwicklung 319. -, Gleiteigenschaften 334. Sondermessinge 226. Spezifisches Gewicht, gehartete Blei-

legierungen 103. -, GuBeisen 21S. -, Kohle 444. -, Kunststoffe 400. -, Leichtmetalle ISS. -, Messing 21S. -, RotguB 21S. -, Sintermetalle 330. -, WeiBmetalle 71. -, Zinklegierungen 21S. Steigender GuB 25. Thermische Eigenschaften der Kunst

stoffe 391, 400. Typenbezeichnung der Kunststoffe 390,

405.

Vberwachungszeichen der Kunststoffe 400.

Verarbeitung der Kunststoffe 393. Verbundlager 2S0, 427. VerschleiB, allgemein IS. -, gehartete Bleilegierungen 126. -, GuBeisen 336.

VerschleiB -, Kadmiumlegierungen 14S. -, Kunststoffe 420.

Kupferlegierungen 224, 230. Leichtmetalle 224, 230. RotguB und Bronze 224, 230. Sintermetalle 224, 230, 336. WeiBmetalle 94, 224, 230. Zinklegierungen 224, 230.

Wandstarke 6, S6, 309, 423. Warmdruckfestigkeit 71, 113. \Varmeausdehnung s. Ausdehnungsbei-

wert. Warmebehandlung von RotguB 259. Warmharte, allgemein 16. -, Bleibronze 219. -, gehartete Bleilegierungen 113.

GuBeisen 219. Kadmiumlegierungen 140. Kupferlegierungen 219. Leichtmetalle 171, lSI, IS9, 192, 219. Magnesiumlegierungen 192.

, Sondermessing 219. -, WeiBmetalle 62, 219. -, Zinklegierungen 219. Warmhartepriifgerat 17. Warmeleitfahigkeit von geharteten Blei-

legierungen 104. , Kadmiumlegierungen 137.

-, Kunststoffe 402, 409. -, Leichtmetalle ISS. -, WeiBmetalle 95. -, Zinklegierungen 21S. Warmzugfestigkeit -, Kadmiumlegierungen 141. -, Leichtmetall IS9. -, WeiBmetall 70. Wasseraufnahme von Kunststoffen 403. WeiBmetalle s. Bleizinn und Zinn-

lagermetalle Wellenwerkstoff 309. Werkstoffeigenschaften, Bedeutung fiir

den Lagerlauf 13.

Zermiirben 77. Zinklegierungen, Aufbau 213. -, Bewahrung im Betrieb 229. -, Entwicklung 210. -, Ergebnisse auf dem Priifst~nd 220. -, physikalische und mechamsche

Eigenschaften 216. Zinnbronze 254. Zinnlagermetalle s. Legierungen mit

Zinn und BleizimI. Definition und Zusammensetzung 35.

-, Gefiige 43.


Zinnlagermetalle -, Gleitverhalten 87.

, Metallurgische Eigenschaften 49. -, Mechanische Eigenschaften 61. -, Physikalische Eigenschaften 95. -, Zusammenfassung 96. Zinnmehrstoffbronze 247, 265. Zugfestigkeit, allgemein 14.

gehii.rtete Bleilegierungen 108. GuBeisen 358. Holz 371. Kadmiumlegierungen 138. Kunststoffe 401. Kupferlegierungen 237, 287, 315. Leichtmetalle 161, 170. Sintermetalle 323. WeiBmetalle 66. Zinklegierungen 219.

Zugfestigkeit in der Warme s. Warm· zugfestigkeit.

Zusammensetzung, chemische, allge. mein 13. gehartete Bleilegierungen 98. Kadmiumlegierungen 134. Leichtmetalle 159, 192, 194. Messing s. RotguB. RotguB und Bronze 236, 287. 315. Sintermetalle 322, 332. WeiBmetalle 35.

, Zinklegierungen 211. Z usammenfassung

Bleilegierungen 96. gehii.rtete Bleilegierungen 131. GuBeisen 363. Kadmiumlegierungen 150. Leichtmetalle 202.

Druck: H. Heenemann KG, Berlin·Wilmersdorf

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Sintereisen und Sinterstahl. Von Dr. R. Kieffer und Dr. W. Hotop. Unter Mitarbeit von H. J. Bartels und Dipl.Ing. F. Benesovsky, samtlich Metallwerk Plansee G. m. b. H., Reutte (Tirol). Mit 264 Textabbildungen. X, 556 Seiten. 1948. (SpringerVerlag, Wien.) DM 54.-

Die Metallurgie der Ferrolegierungen. Bearbeitet von Ingenieur F. V. Andreae, Dr.-Ing. W. Dautzenberg, Dipl.-Ing. A. Driller, Professor Dr. R. Durrer, Dr. G. Fiore, Dr. W. Freigang, Dipl.Ing. W. Hilgers, Dipl.-Ing. K. Kintzinger, Walther Mareth, Dr.-Ing. O. Rosner, Professor Dr. E. Schwarz v. Bergkampf, Dr. O. Smetana, Dr. phil. G. Volkert, Dipl.-Ing. W. Wilke, Dr.-Ing. J. Wotschke. Herausgegeben von Professor Dr. R. Durrer, Ziirich und Dr. phil. G. Volkert, Sollingen/Karlsruhe. Mit 188 Abbildungen. Etwa 420 Seiten. 1952. (In Vorbereitung.)

Hochwertiges GuBeisen (GrauguB), seine Eigenschaften und die physikalische Metallurgie seiner Herstellung. Von Dr.-Ing. habil. Eugen Piwowarsky, O. Professor der Eisenhiittenkunde, Direktor des lnstituts fiir allgemeine Metallkunde und das gesamte GieBereiwesen der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule Aachen. Zweite, verbesserte Auflage. Mit 1063 Abbildungen. XII, 1070 Seiten. 1951. Ganzleinen DM 135.-

Die Edelstiihle. Von Professor Dr.-Ing. Franz Rapa/z, Stahlwerk Gebr. Bohler & Co. A.-G., Kapfenberg (Steiermark). Vierte, verbesserte und erweiterte Auflage unter Mitwirkung von Dr.-Ing. Helmut Krainer und Dipl.-Ing. Josef Frehser, Stahlwerk Gebr. Bohler & Co., A.-G., Kapfenberg (Steiermark). Mit 338 Abbildungen und 121 Zahlentafeln. V, 730 Seiten. 1951. Ganzleinen DM 49.50

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SPRINGER.VERI,AG / BERLIN· GOTTINGEN' HEIDELBERG

Das Elektrostahlverfahren. Ofenbau, Elektrotechnik, Metallurgie und Wirtschaftliches. Nach F. T. Sisco, "The Manufacture of Electric Steel". Zweite deutsche, erweiterte Auflage. Von Dr.-Ing. Heinz Siegel, Diisseldorf-Oberkassel. Mit 140 Abbildungen. XI, 432 Seiten. 1951. Ganzleinen DM 31.50

Die Edelstahlerzeugung. Schmelzen, GieBen, Priifen. Von Franz Leitner, Dr. mont., Dr. techn., Dipl.-Ing., Leoben und Erwin Pliickinger, Dr. mont., Dipl.-Ing., Dipl.lng. chem., Leoben. Mit 174 Textabbildungen. VIII, 490 Seiten. 1950. (SpringerVerlag, Wien.) DM 57.-; Ganzleinen DM 60.-

Lehrbuch der allgemeinen Metallkunde. Von Dr. Georg Masing, o. o. Professor an der Universitat Gottingen, Direktor des lnstituts fiir allgemeine Metallkunde Gottingen. Unter Mitwirkung von Dr. Kurt Liicke, Assistent am lnstitut fiir allgemeine Metallkunde Gottingen. Mit 495 Abbildungen. XV, 620 Seiten. 1950.

DM 56.-; Ganzleinen DM 59.60

Grundlagen der Metallkunde in anschaulicher Darstellung. Von Dr. Georg Masing, o. o. Professor an der Universitat Gottingen, Direktor des lnstituts fiir allgemeine Metallkunde Gottingen. Dritte, verbesserte Auflage. Mit 140 Abbildungen. VIII, 148 Seiten. 1951. Steif geheftet DM 12.60

Materialpriifung mit Rontgenstrahlen unter besonderer Beriicksichtigung der Rontgenmetallkunde. Von Dr. Richard Glocker, Professor fiir Rontgentechnik an der Technischen Hochschule Stuttgart. Dritte, erweiterte Auflage. Mit 349 Abbildungen. VIII, 440 Seiten. 1949. Ganzleinen DM 58.-

Korrosionstabellen metallischer Werkstoffe geordnet nach angreifenden Stoffen. Von Dr. techno Franz Ritter, Leoben-Linz. Dritte, erweiterte Auflage. Mit 29 Textabbildungen. IV, 283 Seiten. 1952. (Springer-Verlag, Wien.)

Ganzleinen DM 34.50

Ausgewiihlte chemische Untersuchungsmethoden fiir die Stahl· und Eisenindustrie. Von Chem.-Ing. Otto Niezoldi. Vierte, vermehrte und verbesserte Auflage. VII, 184 Seiten. 1949. DM 9.60

Analyse der Metalle. Herausgegeben vom Chemiker-FachausschuB der Gesellschaft Deutscher Metallhiitten- und Bergleute e. V. Leiter: Dr.-Ing. O. Proske und stellv. Leiter Prof. Dr. H. Blumenthal.J Erster Band: Schiedsverfahren. Zweite Auflage. Mit 25 Abbildungon. VIII, 508 Seiten. 1949. DM 36.-; Halbleinen DM 38.40 Zweiter Band: Betriebsverfahren. Etwa 1200 Seiten. (In Vorbereitung.)

Kunstharzprellstoffe und andere Kunststoffe. Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung. Von Oberingenieur Walter Mehdorn, Berlin. Dritte, erweiterte Auflage. Mit 276 Abbildungen und einer Ausschlagtafel. VIII, 354 Seiten. 1949.

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Berichtigung.

Seite 14: Unter b) Druck soIl der erste Satz wie folgt lauten: Es sind Stauchproben von 15mm Rohe und lAIrchmesser vorgesehen (fruher 20mm wie in Abb. 13).

Seite 27: Fu13note 1 mu13 es "Die Tragkristallhypothese" anstatt Nutzfl.achenhypothese hei13en.

Seite 28: Zahlentafel2, 2. Spalte mu13 es "v m/sec" anstatt pm/sec hei13en.

Seite 51: 1. Zeile . von oben mu13 es "Parallel mit .. .'\ anstatt Parallele, mit ... hei13en.

Seite 162: Zahlentafel 2, 3. Zeile von oben mu13 es hei13en: (Nach A. Buske, entnommen bei H. Sterner-Rainer).

Seite 218: Zahlentafel 7: Fiir den Ausdehnungskoeffizienten mu13 es 10-6 anstatt lOG hei13en.

Seite 331: 9)10. Zeile von unten mu13 es "Gleitverhalten" anstatt Gleitverfahren hei13en.

Seite 337: 15. Zeile von unten mu13 es hohere anstatt hoherer hei13en. Seite 346: 6. Zeile von oben mu13 es Einbaubeispiel anstatt Einbau

spiel hei13en. Seite 444: Der erste Abschnitt unter der Uberschrift "Anwendung"

gehort an den Schlu13 des vorhergehenden Kapitels.

KUhnel, Gleitlager, 2. Auf!.

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Werkstoffe f¼r Gleitlager