DE651530C - Material for bearing shells of rail vehicles that lie directly on the steering knuckle - Google Patents

Description

Werkstoff für an dem Achsschenkel unmittelbar anliegende Lagerschalen von Schienenfahrzeugen Die geltende hydrodynamische Theorie geschmierter Maschinenteile, welche auf die Arbeiten von Petroff, Reynolds, Sommerfeld und G u e m b e 1 zurückgeht, stellt als Bedingung für das Auftreten der vollkommenen flüssigen Reibung in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Achse und Lagerschalenbohrung, der Lagerlänge,. der spezifischen Lagerbelastung, der Winkelgeschwindigkeit der Achse und der Zähigkeit des Schmiermittels die Einstellung eines bestimmten Spieles zwischen dem ;Umfang der Achse und dem Schalenspiegel auf. Wird dieses Spiel eingehalten, so ergibt sich unter dem Einfluß der Exzentrizität der Wellenverlagerung eine geringste Schmierschichtstärke, bei der gerade noch die flüssige Reibung, also die ungestörte Bildung eines zusammenhängenden Schmiermittelfilmes auftritt.Material for bearing shells lying directly on the steering knuckle of rail vehicles The applicable hydrodynamic theory of lubricated machine parts, which goes back to the work of Petroff, Reynolds, Sommerfeld and G u e m b e 1, represents a condition for the occurrence of perfect fluid friction on the diameter of the axle and bearing shell bore, the bearing length ,. the specific Bearing load, the angular velocity of the axis and the viscosity of the lubricant the setting of a certain play between the; circumference of the axis and the Cup mirror on. If this game is kept, it results under the influence the eccentricity of the shaft misalignment has a very low smear layer thickness which is just about the liquid friction, i.e. the undisturbed formation of a coherent one Lubricant film occurs.

Vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß besondere Verhältnisse auftreten, wenn als Werkstoff für an dem Achsschenkel unmittelbar anliegende Lagerschalen. in Achslagern von Schienenfahrzeugen nach bekannten Vorschlägen eine Kupferlegierung gewählt wird. Bei derartigen Lagern tritt nämlich. die Abweichung auf, daß das Lager unmittelbar unter Last anfahren muß, ohne daß es gelingt, die Verhältnisse herzustellen, unter denen es sofort zum Auftreten der vollkommenen flüssigen Reibung kommt.The present invention is based on the knowledge that special Conditions occur when as a material for directly adjacent to the steering knuckle Bearing shells. in axle bearings of rail vehicles according to known proposals Copper alloy is chosen. In such camps occurs namely. the deviation on that the camp must start immediately under load, without it succeeding Establish conditions under which there is instantaneous occurrence of the perfect liquid friction comes.

Es stellt sich nämlich infolge der beim Anfahren vorhandenen geringen Drehzahlen des Achsschenkels in Verbindung mit der von vornherein wirkenden Belastung eine kleinste Schmierschichtstärke ein, welche unterhalb der Größenordnung liegt, welche die Unebenheiten der Achsschenkel- und Lagerschalenoberfläche bei der üblichen Bearbeitung besitzen. Insbesondere haben Nachrechnungen ergeben, daß die kleinste Schmierschichtstärke bei Anfahrgeschwindigkeiten bis etwa 6 km pro Stunde unterhalb des Größenwertes von etwa 0,003 mm liegt, während die Höhe der Unebenheiten bei geschliffenen, ungehärteten Zapfen noch 0,005 mm, bei gedrehten und mit der Schmirgelfeile geschlichteten Bohrungen o,or bis o,os mm, bei mit Schmirgelscheiben geschliffenen Bohrungen 0,004 bis 0,005 mm und bei gehärteten und geschliffenen Stücken 0,003 bis 0,004 mm beträgt. Im Gegensatz hierzu ist es bei Weißmetallfuttern durch die glättrollenartige Wirkung des Achsschenkelumlaufes möglich, die Unebenheiten bis auf Beträge von 0,003 mm wegzudrücken. Der Einlauf stationärer Lager unterscheidet sich von den hier in Betracht kommenden Verhältnissen grundsätzlich dadurch, daß er im unbelasteten Zustand des Lagers erfolgt. Infolge der fehlenden Lagerbelastung stellt sich also schon beim Beginn des Einlaufs eine kleinste Schmierschichtstärke ein, welche größer ist als die durch die Bearbeitung erreichten Unebenheiten, so daß der Einlauf lediglich dem Abschleifen- der Unebenheiten unter das Maß der kleinsten Schmierschichtstärke dient, welche sich im belasteten Zustand des Lagers einstellt. Dieses Einschleifen macht keine Schwierigkeiten, da die üblichen Rotguß- und Messingwerkstoffe geringere Härte als die stählerne Achse bzw. der stählerne Drehzapfen aufweisen und der Einlauf selbst unter dem günstig wirkenden Einfluß des. bereits vorhandenen Flüssigkeitsfilmes vor sich geht. Wie bereits dargelegt,-fehlen beim Einlauf von Achslagern die Zu=:; standsbedingungen für das Auftreten, der flüssigen Reibung. Es müß daher der Werkstoff der Lagerschale selbst so. beeinflußt werden, daß die Voraussetzungen für das Auftreten der flüssigen Reibung unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Lagers selbst erfüllt werden. Infolge der Härte der Kupferlegierungen im Verhältnis zu Weichmetallen ist die Ebnung der Unebenheiten, die durch die Bearbeitungsungenauigkeiten entstehen, durch den Lagerdruck allein ausgeschlossen. Man hat daher der Grundlegierung, die aus Zinn- oder Zinkbronzen bestehen kann, schon die Verschleißfestigkeit herabsetzende, die Kaltverschweißung zwischen Lagerschale und Achsschenkel beseitigende sowie die Oberflächenglätte erhöhende Zusätze von Blei zur Grundlegierung gegeben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei* den Bleigehalten, die zur Herbeiführung dieser Wirkungen besonders vorteilhaft sind und sich etwa in der Größenordnung von zo bis 4o Gewichtsprozenten bewegen, starke Entmischungserscheinungen auftreten, so daß die Löslichkeit der Grundlegierung für Blei gesteigert werden muß. Außerdem, aber unterliegen gerade die Lagerschalen für Schienenfahrzeuge außerordentlich hohen statischen und dynamischen Beanspruchungen, so daß an die Festigkeit, insbesondere Warmfestigkeit, erhöhte Anforderungen zu stellen sind.Because of the low speed of the steering knuckle when starting up in connection with the load acting from the outset, a smear layer thickness that is less than the order of magnitude that the unevenness of the steering knuckle and bearing shell surface have during normal machining occurs. In particular, recalculations have revealed that the smallest lubricating film thickness at approach speeds km to about 6 per hour below the size value of about 0.003 mm, mm while the height of the unevenness in ground, uncured pin still 0.005, o with rotated and sized with the honing bores, or to o, os mm, for bores ground with emery discs 0.004 to 0.005 mm and for hardened and ground pieces 0.003 to 0.004 mm. In contrast to this, with white metal linings, the smooth roller-like effect of the steering knuckle circuit makes it possible to push away the unevenness down to amounts of 0.003 mm. The inlet of stationary bearings differs from the conditions under consideration here fundamentally in that it takes place in the unloaded state of the bearing. As a result of the lack of load on the bearing, a very small smear layer is already at the beginning of the run-in, which is greater than the unevenness achieved by the machining, so that the run-in only serves to grind off the unevenness below the level of the smallest smear layer thickness, which is loaded in the Condition of the bearing adjusts. This grinding in does not cause any difficulties, since the usual gunmetal and brass materials have a lower hardness than the steel axle or the steel pivot pin and the inlet itself takes place under the favorable influence of the already existing liquid film. As already explained, when the axle bearings run in, the Zu = :; standing conditions for the occurrence of liquid friction. It must therefore be the material of the bearing shell itself. be influenced that the conditions for the occurrence of liquid friction are met immediately after the bearing itself has been put into operation. Due to the hardness of the copper alloys in relation to soft metals, the leveling of the unevenness caused by the machining inaccuracies is excluded by the bearing pressure alone. The base alloy, which can consist of tin or zinc bronzes, has therefore already been given additions of lead to the base alloy that reduce wear resistance, eliminate cold welding between the bearing shell and steering knuckle and increase surface smoothness. However, it has been shown that with the lead contents, which are particularly advantageous for bringing about these effects and are in the order of magnitude of 10 to 40 percent by weight, strong signs of segregation occur, so that the solubility of the base alloy for lead must be increased. In addition, the bearing shells for rail vehicles are particularly subject to extremely high static and dynamic loads, so that increased demands are made on the strength, in particular high-temperature strength.

Ein sämtlichen diesen Erfordernissen genügender Werkstöff für an dem Achsschenkel unmittelbar anliegende Lagerschalen von Schienenfahrzeugen kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch eine Zusammensetzung von 4 bis 4o Gewichtsprozenten Blei, von Nickel bis zu 5 Gewichtsprozenten, o,2 bis 1,5 Gewichtsprozenten Mangan, 2 bis 12, Gewichtsprozenten Zinn und durch Kupfer als Rest. Eine derartige Legierung weist vor allem den Vorteil auf, innerhalb kürzester Zeit ohne die Schmierfähigkeit des Schmiermittels beeinträchtigende Temperaturerhöhungen einzulaufen,, während der übrigen Zusammensetzung nach sehr ähnliche Legierungen, die jedoch keinen Mängangehalt aufweisen, sich gerade während des Einlaufs äußerst ungünstig verhalten, indem bei jedem Lauf des Lagers" selbst wenn bereits bei früheren Einläufen aufgetretene Temperaturerhöhungen zum Ausgleich gekommen sind, weitere Temperaturerhöhungen auftreten, die das Schmiermittel zu schädigen `vermögen.A material that meets all of these requirements for the Identifies the steering knuckle directly bearing shells of rail vehicles according to the invention by a composition of 4 to 40 percent by weight lead, from nickel up to 5 percent by weight, o, 2 to 1.5 percent by weight manganese, 2 to 12, percent by weight tin and the remainder copper. Such an alloy exhibits especially the advantage of being able to do without the lubricity of the Temperature increases affecting the lubricant, during the the rest of the composition according to very similar alloys, but without any deficiency content exhibit, behave extremely unfavorably, especially during the enema, by at every run of the camp "even if temperature increases have already occurred during earlier runs have come to compensate, further temperature increases occur, which the lubricant to harm `be able to.

Für Bleinickelbronzen, die außerdem noch Zusätze von Kobalt, Phosphor und Arsen aufweisen können, ist es schon vorgeschlagen worden, einen Teil des Phosphorgehaltes 'durch Mangan zu ersetzen. - Vergleichsversüche zeigen aber, dä.ß durch Anwesenheit des Kobaltes eine Verschlechterung der Lagereigenschaften gegenüber Legierungen gemäß der Erfindung eintritt. Es sind zwar auch schon Lagerlegierungen mit kleineren Mangangehalten bekanntgeworden. In diesen Fällen wich jedoch die Legierung der übrigen Zusammensetzung nach äußerst wesentlich von den Legierungen gemäß der Erfindung ab, da bei derartigen Legierungen die Nickelgehalte völlig fehlten und die Zinngehälte: so gering waren, daß die bekannten günstigen Wirkungen eines Zinnzusatzes noch nicht einzutreten vermochten.For lead-nickel bronzes, which also have additions of cobalt and phosphorus and arsenic, it has already been suggested, a part of the phosphorus content 'to replace with manganese. - Comparative experiments show, however, that by presence of cobalt leads to a deterioration in the storage properties compared to alloys occurs according to the invention. There are already bearing alloys with smaller ones Manganese levels become known. In these cases, however, the alloy gave way to the rest Composition after extremely substantially different from the alloys according to the invention from, since in such alloys the nickel content was completely absent and the tin content: were so slight that the known beneficial effects of adding tin were not yet achieved were able to enter.

Da die Bleibronzen keine große Härte aufweisen, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, das erfindungsgemäße Lagermetall durch Ein- oder Umlagerung mit Metallen. höherer Festigkeit, beispielsweise durch Umlagerung mit einem Stahlgußmantel unter inniger Verbindung mit demselben, zu verfestigen. Die so in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens hergestellten Lagerschalen sind ohne weiteres geeignet, die hohen dynamischen und statischen Beanspruchungen, die insbesondere bei der Anwendung in Achslageyn für Schienenfahrzeuge auf sie ausgeübt werden, ' ohne die Gefahr einer Bruch- oder Rißbildung zu übernehmen und auf das Achslagergehäuse abzuleiten, .Since the lead bronzes are not very hard, it has proven to be special Proven to be useful, the bearing metal according to the invention by storage or rearrangement with metals. higher strength, for example by rearrangement with a cast steel jacket to solidify with intimate connection with it. The so in further implementation The bearing shells produced according to the concept of the invention are readily suitable the high dynamic and static stresses, which are particularly evident in the application in Achslageyn for rail vehicles are exercised on them, 'without the risk of a To take over fracture or crack formation and to derive it on the axle bearing housing,.

Im Wesen der Erfindung liegt es weiter, daß durch Beeinflussung der Erstarrungsvorgänge eine vollkommene Verteilung der Zusätze in der Grundlegierung erreicht wird, so daß der übliche Gefügeaufbau von Lagermetallen entsteht.In the essence of the invention, it is further that by influencing the Solidification processes a perfect distribution of the additives in the base alloy is achieved, so that the usual structure of bearing metals arises.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: z. Werkstoff für an dem Achsschenkel unmittelbar anliegende Lagerschalen von Schienenfahrzeugen, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung von 4 bis 4o Gewichtsprozenten Blei, von Nickel bis zu 5 Gewichtsprozenten, o,2 bis 1,5 Gewichtsprozenten Mangan, 2 bis z2 Gewichtsprozenten Zinn und Kupfer als Rest. PATENT CLAIMS: e.g. Material for directly on the steering knuckle adjacent bearing shells of rail vehicles, characterized by a composition from 4 to 40 percent by weight lead, from nickel up to 5 percent by weight, o, 2 up to 1.5 percent by weight manganese, 2 to z2 percent by weight tin and copper as Rest. 2. Werkstoff nach Anspruch z, gekennzeichnet durch Ein- oder Umlagerung mit Metallen höherer Festigkeit, beispielsweise durch Umlagerung mit einem Stahlg&ßmantel unter inniger Befestigung mit demselben.2. Material according to claim z, characterized by incorporation or rearrangement with Metals of higher strength, for example by rearrangement with a steel jacket with intimate attachment to it.