A siklócsapágyak fejlődése

Nem kell megijedni. Itt nem lesz szó a hidrodinamikai szabályokról, egyenletekről. Egyszerűen azt szeretném megmutatni, hogyan fejlődtek a motor igényeinek megfelelően a csapágyak az egyszerű fehérfém csapágaktól a bimetál-, trimetál- és különféle felületi bevonatú csapágyakig.

Fehérfém csapágyak

A múltban az újonnan gyártott járművek motorjainál is előírtak bejáratást. Mára ez megváltozott.

Az autózás korai időszakában a legelterjedtebb csapágyak a fehérfém csapágyak voltak. Kialakításuk nagyon egyszerű, egy vastag acél vagy bronz csészébe öntötték bele az ón-ólom ötvözetet, azaz a fehérfémet. Az is gyakran előfordult, hogy a fehérfémet közvetlenül a motorblokkba vagy a hajtókarba öntötték.

Az ilyen csapágyakra jellemző a nagy falvastagság, ami gyakran 6-8 mm is lehet. Természetesen ennek a vastagságnak jelentős része az acél vagy bronz csésze, míg a fehérfém futófelület csak 0,5-2 mm falvastagságú. A nagy falvastagság bizonyos mértékig csökkenthető, erről a többrétegű csapágyaknál lesz szó.

Használt, javításra váró csapágyak

Újraöntött, megmunkálásra váró csapágyak

Kész csapágyak

A fehérfém előnye, hogy könnyen megmunkálható illetve jól viseli az olajhiányos állapotokat. Ezért szóró olajzás illetve kis teljesítményű olajszivattyú esetében is hatékonyan tud működni. Hátránya, hogy nagyobb fordulatszámú illetve teljesítményű motorok esetében a csapágyra jutó nagyobb felületi terhelést már nem viseli el. Így a nagyobb teljesítményű motorok esetében már nem lehet alkalmazni, mivel könnyen kiolvadna.

     Másik hátránya, hogy a gyártást nehezen lehet automatizálni főleg, ha a csapágyfém közvetlen a fődarabokba öntik. Így ezeket a csapágyakat jellemzően egyedileg, egyesével munkálták meg.

     A fehérfém megnevezés abból fakad, hogy a kész csapágy világos szürke színű. A csapágyak gyártására legalkalmasabb ötvözetekben jellemzően 80-85% ón, 10% antimón és a szilárdság növelése érdekében 5% réz található. Természetesen az igényeknek megfelelően többféle összetételű csapágyanyag is létezik, amelyeket mindig az igényeknek megfelelően kell megválasztani.

     A fehérfém csapágyakat a tulajdonságaik miatt szinte kizárólag benzin üzemű autóban alkalmazták és a teljesítmény növekedés miatt ma már nem találkozhatunk velük. Azonban kompresszorokban, présgépek tengelyeinél és számos egyéb helyen még ma is megtalálhatóak.

Ólombronz csapágyak

     Ahogy nőtt a motorok teljesítménye egyre nagyobb problémát jelentett, hogy a fehérfém csapágyak egyre gyakrabban meghibásodtak. Különösen igaz volt ez a dízel motorok esetében, ahol az égési csúcsnyomás egyébként is jóval magasabb, mint a benzinesek esetében.

     Ezért kezdték alkalmazni az ólombronz csapágyakat. Ezek szerkezete nagyban hasonlít a fehérfém csapágyakéra. Itt is egy vastag acél csészébe kerül egy futófelület, azonban ez egy bronz ötvözet. Mivel a bronz jóval keményebb ezért itt már szükséges a kényszerolajzás azaz, hogy a csapágy és a csap között egy viszonylag állandó olajfilm alakuljon ki.

    E mellett fontos, hogy az ólombronz csapágyak beépítése esetében a főtengely csapjainak keménységét mindig ellenőrizzük. Csak a gyári előírásoknak megfelelő keménységű főtengelyt lehet visszaépíteni, ellenkező esetben a főtengely rövid időn belül elkophat. Ha más adat nem áll rendelkezésre, akkor a főtengelynek minimum 55 HRc keménységűnek kell lennie.

     Az ólombronz csapágyakat jellemzően teherautó dízel motorokban alkalmazták, azonban néhány kisebb benzines motorban is megtalálható volt. Ilyen pl. a BMW 326 fekvőcsapágya. Napjainkban már szinte sehol nem találkozhatunk velük.

Többrétegű csapágyak

     Ahogy nőtt az igény a gépjárművek iránt, úgy jelentett egyre nagyobb problémát a siklócsapágy gyártás. A fent említett két típusú siklócsapágy gyártása jellegükből fakadóan nehezen volt automatizálható, ezért szükség volt egy egyszerűbb, gyorsabban gyártható változatra. Így születtek meg a többrétegű csapágyak.

     Természetesen nincs új a nap alatt. Ezeknél a csapágyaknál is acél hordozó rétegen találunk egy vagy több réteg futófelületet. A különbség a gyártási folyamatban van. Míg a korábbi esetekben a csapágycsészéket forgácsolással állították elő és ezekbe öntötték bele a fehérfémet vagy az ólombronzot, itt az előállítás sajtolással vagy görgőzéssel történik. Egy előre legyártott végtelenített szalagból vágják ki a kész csapágynak megfelelő méretű anyagot, majd azt a megfelelő formára hajlítják és után munkálják. Így sokkal gyorsabban és nagy mennyiségben állítható elő a megfelelő siklócsapágy.

     Az első kivitelek esetében az acél hordozó rétegre fehérfémet illetve ólombronzot vittek fel. Meglepő nem? A fehérfém kivitelt benzin üzemű motoroknál alkalmazták, ahol a futófelület vastagsága 0,25-0,50 mm volt, míg az ólombronz kivitelt dízel járművekhez alkalmazták. Itt a futófelület 0,30-0,50 mm volt.

    A gyorsabb legyártáson túl több előnye is van ennek a csapágyfajtának. Az egyik látványos előny a falvastagság csökkenés. Bár előfordul, hogy 3-3,5 mm vastag csapágyak készülnek belőle (lásd pl. Mercedes 219 főtengelycsapágy), de a jellemzően falvastagság inkább a 1,5-2 mm. Természetesen ez a technológiából is fakad, hiszen elég nehéz lenne egy 5 mm vastag anyagot meghajlítani anélkül, hogy az ne deformálódna jelentős mértékben.

      A másik előnye, hogy csak a tervező mérnök fantáziája szab határt a rétegek számának és az egyes rétegekben felvitt anyagösszetételeknek. Így akár 3-4 rétegű csapágyak is kialakíthatóak. Természetesen a cél a folyamatosan változó feltételeknek való megfelelés. Így alakultak ki a sinter-, a sputter-, a Glyco IROX, a PVD bevonatos és egyéb csapágyak. De ezekről később lesz szó.