CH716310B1 - Bauteil für eine Kolbenmaschine und Verfahren zur Herstellung des Bauteils. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil (20) für eine Kolbenmaschine, umfassend einen Trägerkörper (22), gefertigt aus einem ersten Material, mit einer auf einer Fläche (28) ausgebildeten ersten Profilgeometrie und ein Gleitteil (30) mit einer Gleitsohle (6), gefertigt aus einem zweiten Material, wobei auf einer Verbindungsfläche (38) eine zweite Profilgeometrie ausgebildet ist, welche mit der ersten Profilgeometrie formschlüssig verbindbar ist. Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Herstellungsverfahren des Bauteils (20).

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil einer Kolbenmaschine und ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils. Dabei handelt es sich speziell um ein Bauteil mit einem Trägerkörper und einem Gleitteil für eine hydrostatische oder hydraulische Axialkolbenpumpe bzw. Axialkolbenmotor, insbesondere um einen mehrteiligen Gleitschuh mit einem Gleitschuhkörper und einem Gleitteil, welche aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.

Stand der Technik

[0002] Aus dem Einsatz in hydrostatischen oder hydraulischen Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise sind Bauteile bekannt, welche als Gleitschuhe ausgebildet sind. Demnach weisen Axialkolbenmaschinen Bauteile auf, welche in Zylinderbohrungen beweglich aufgenommene Zylinderkolben umfassen, die sich mittels eines Gleitschuhs an einer Gleitfläche einer Schrägscheibe abstützen. Der Zylinderkolben ist mit dem Gleitschuh im Allgemeinen mittels einer Kugelgelenkverbindung gelenkig verbunden, um in jeder Schrägstellung der Schrägscheibe eine flächige Anlage einer kreisförmigen Gleitsohle des Gleitschuhs an der Gleitfläche der Schrägscheibe zu ermöglichen. Die Kugelgelenkverbindung umfasst einen an dem Gleitschuh oder an dem Zylinderkolben angeformten Kugelkopf, welcher in einer abgerundeten Ausnehmung am entsprechenden Gegenstück einsetzbar ist, bzw. in dieser formschlüssig verankert ist, so dass auftretende Zugkräfte während des Hubs der Kolbenmaschine übertragen werden können. Demnach kann der Kugelkopf am Zylinderkolben oder am Gleitschuh ausgebildet sein.

[0003] Im Falle eines Gleitschuhs ist zur Verminderung der Reibung in der Kugelgelenkverbindung zwischen diesem und einem Zylinderkolben, d.h. zwischen kugelförmigem Gelenkkopf und kugelförmiger Ausnehmung, eine entsprechend ausgebildete Schmierölbohrung vorgesehen, durch welche die Kontaktfläche zwischen dem als Gleitschuh ausgebildeten Bauteil und dem Zylinderkolben mit Schmiermittel versorgt wird. Ebenfalls ist am als Gleitschuh ausgebildeten Bauteil eine Durchgangsbohrung vorgesehen, welche das Schmiermittel zur Gleitsohle des Gleitteils transportiert.

[0004] Bauteile, wie z.B. Gleitschuhe in Kolbenmaschinen, müssen hohe Anforderungen hinsichtlich Dauerfestigkeit und mechanischer Eigenschaften erfüllen, so dass diese eingesetzt in hydraulischen oder hydrostatischen Kolbenmaschinen eine lange Lebensdauer haben. Hierfür geeignete Materialien genügen allerdings oft nicht den ebenfalls hohen Anforderungen hinsichtlich der Gleiteigenschaften für eine Gleitfläche am Gleitteil und umgekehrt, so dass die Materialwahl oft einem Kompromiss folgt.

[0005] Demnach ist ein mehrteiliger Gleitschuh für eine hydrostatische oder hydraulische Kolbenmaschine bekannt, der aus einem Gleitschuhkörper bzw. Stützkörper sowie einem Gleitteil mit einer Gleitsohle besteht, die auf einer korrespondierenden Lauffläche gleitet. Sogenannte Bimetallgleitstücke sind bekannt, bei welchen ein geeignetes Material für die Gleitfläche, insbesondere Bronze, auf einen Stützkörper aus Stahl gesintert oder gegossen wird, wobei die Herstellungskosten entsprechend hoch sind. Gemäss herkömmlichen Verfahren werden diese Lagen und/oder Schichten durch Giessen, Sintern, Hartlöten und/oder Schweissen auf dem Trägerkörper, vorzugsweise aus Stahl, aufgebracht und anschliessend wärmebehandelt.

[0006] Das Dokument DE 2 025 169 A1 beschreibt einen Gleitschuh, aus unterschiedlichen Materialien gefertigt, bei welchem ein Gleitteil und ein Stützkörper durch ein adhäsives Verfahren, z.B. Giessen, Aufschmelzen, Kleben, Löten oder Aufspritzen fest miteinander verbunden sind. Bei der Formgebung des Gleitschuhs wird eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der verwendeten Materialien berücksichtigt. Allerdings entspricht die Materialpaarung ebenfalls einem Kompromiss, bedingt durch die adhäsive Verbindung.

[0007] Ferner ist eine fehlerfreie Herstellung eines Gleitschuhs gemäss dem Stand der Technik sehr kostenintensiv und schwierig. So sind aufwendige Qualitätskontrollen der gefertigten Gleitschuhe erforderlich, bei denen beispielsweise jeder Gleitschuh einer Ultraschallprüfung unterzogen wird. Hohe Ausschussrate treiben die Herstellungskosten weiter nach oben.

[0008] Darüber hinaus erweist sich der bei dem bekannten Herstellungsverfahren auftretende Wärmeeinfluss und die dadurch bedingte Veränderung der Zusammensetzung, Struktur und physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs des Gleitteils als problematisch.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, ein Bauteil für eine Kolbenmaschine bereit zu stellen, welches geeignete Materialien sowohl für eine Gleitfläche als auch für einen Trägerkörper aufweist und in einem kosteneffektiven und qualitätsoptimierten Herstellungsverfahren wirtschaftlich gefertigt werden kann.

[0010] Die Aufgaben werden mit dem erfindungsgemässen Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss Anspruch 12 gelöst.

Zusammenfassung der Erfindung

[0011] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil für eine Kolbenmaschine, z.B. einer hydrostatischen oder hydraulischen Axialkolbenpumpe und/oder eines entsprechenden Motors. Als Bauteile im Sinne der Erfindung gelten insbesondere ein Gleitschuh, eine Steuerscheibe und/oder eine Zylindertrommel einer Axialkolbenmaschine, wobei die Aufzählung nicht einschränkend zu verstehen ist.

[0012] Ein erfindungsgemässes Bauteil umfasst einen Trägerkörper, gefertigt aus einem ersten Material, mit einer auf einer Fläche ausgebildeten ersten Profilgeometrie, und ein Gleitteil mit einer Gleitsohle, gefertigt aus einem zweiten Material, wobei auf einer Verbindungsfläche eine zweite Profilgeometrie ausgebildet ist, welche mit der ersten Profilgeometrie des Trägerkörpers formschlüssig verbindbar ist.

[0013] Das erfindungsgemässe Bauteil für eine Kolbenmaschine ist demnach mehrteilig ausgebildet, wobei das erste und das zweite Material unterschiedliche funktionale Anforderung zu genügen haben, d.h. das erste Material des Trägerkörpers muss andere Eigenschaften als diejenigen des zweiten Materials des Gleitteils aufweisen. Da der Trägerkörper im Allgemeinen in Kontakt mit anderen Elementen der Kolbenmaschine steht, beispielsweise im Falle eines Gleitschuhs mittels einer Kugelkopfverbindung mit einem Zylinderkolben in Kontakt steht, sind hohe Anforderungen hinsichtlich einer guten Bearbeitung entsprechend masshaltiger Formen des Trägerkörpers an dessen Material gestellt. Ein geeignetes und insbesondere leicht bearbeitbares Material ist Eisenmetall, insbesondere Stahl.

[0014] Ferner kann bei geeigneter Wahl des Materials des Trägerkörpers, dieser vor der Paarung mit dem Gleitteil bearbeitet werden, um vorzugsweise die Haftbedingungen an den gepaarten Profilgeometrien zu erhöhen. So kann der Bereich der ersten Profilgeometrie mittels Druckluftstrahlung mit festem Strahlmittel, wie Sand oder Kugeln, bearbeitet werden. Ferner kann der Trägerkörper, insbesondere im Bereich der ersten Profilgeometrie, mittels eines Oberflächenhärteverfahrens, wie Gasnitrieren oder Gasnitrokarburieren, und/oder eines thermischen Härteverfahrens bearbeitet und somit Oberflächeneigenschaften gezielt eingestellt werden, um eine erhöhte Reibkraft im Bereich der formschlüssigen Verbindung zu erzielen. Bei einer geeigneten Wahl der Temperatur und des Temperaturverlaufs, sowie der Dauer des thermischen Härteverfahrens können die Eigenschaften des Trägerkörpers unabhängig von dem Gleitteil individuell verändert werden. Die Paarung des Trägerkörpers mit dem Gleitteil kann dann nach dem weiteren Bearbeitungsverfahren erfolgen, wobei insbesondere ungünstige thermische Veränderungen des Materials des Gleitteils und damit eine einhergehende Verschlechterung der Gleiteigenschaften der Gleitsohle vermieden werden.

[0015] Als vorteilhaft erweist sich, dass eine Formgebung und eine Bearbeitung des Trägerkörpers unabhängig vom Gleitteil möglich sind. Insbesondere ist die Fertigung des Trägerkörpers, z.B. des Gleitschuhkörpers, aus einem Stangenmaterial durch Drehen, aus einem Schmiederohling durch Schmieden oder aus einem Stanzrohling durch Stanzen vereinfacht und kostensparend durchführbar. Ebenso kann die Fertigstellung der Kontur, einschliesslich Schleif- und Polierbearbeitung, sowie weitere Schritte zur Formgebung an dem Trägerkörper unabhängig vom Gleitteil und damit in optimierter Weise ausgeführt werden.

[0016] Der Gleitteil mit der Gleitsohle ist aus einem Material gefertigt, welches „selbstschmierend“ und gegenüber Festfressen ausreichend widerstandsfähig ist, sowie eine hohe Verschleissfestigkeit zeigt. Insbesondere eignen sich als Material sogenannte Buntmetalle, sowie entsprechende Legierungen wie Messing, Bronze und Rotguss, sowie Keramiken und Hartmetalle. So kann das zweite Material Sondermessing mit einem Anteil an Aluminium und Mangan sowie anderen Bestandteilen sein, beispielsweise auch Blei. Somit kann ein besonders reibungsarmer Gleitkontakt an Laufflächen erzeugt werden.

[0017] Trägerkörper und Gleitteil werden erfindungsgemäss mittels einer formschlüssigen Verbindung zu dem Bauteil, z.B. einem Gleitschuh, Steuerscheibe oder Ähnliches, zusammengefügt. Dies hat den Vorteil, dass eine formschlüssige Verbindung die bisher allgemein vorgesehene stoffschlüssige Paarung ersetzt. Durch den Formschluss wird beispielsweise ein Lötverfahren oder ein anderes stoffschlüssige Verfahren zum Erzeugen einer materialschlüssigen bzw. stoffschlüssigen Verbindung vermieden, und demnach nicht nur einen aufwendigen, sondern auch einen durch den Wärmeeinfluss problematischen Arbeitsschritt.

[0018] Um eine sichere und belastbare formschlüssige Verbindung von Trägerkörper und Gleitteil zu erzeugen, sind gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an den zu paarenden Flächen am Trägerkörper die erste Profilgeometrie einerseits und am Gleitteil die zweite Profilgeometrie andererseits ausgebildet. Demnach können die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie komplementär ausgebildet sein und so ein männliches bzw. weibliches Profil, z.B. Erhebungen und Vertiefungen, aufweisen. Vorzugsweise weisen die genannten Profilgeometrien kreisförmig, konzentrisch um eine Längsachse verlaufende Nuten auf, welche zumindest teilweise ineinander einführbar sind. Darüber hinaus können erste und zweite Profilgeometrien strukturierte Bereiche aufweisen, welche stoffschlüssig verbindbar sind.

[0019] Beim Zusammenfügen von Trägerkörper und Gleitteil des Bauteils, z.B. von Gleitschuhkörper und Gleitteil, werden die ausgebildeten Profilgeometrien ineinander gepresst. So ist vorgesehen, dass an der zu fügenden Fläche am Trägerkörper Erhebungen und/oder Vertiefungen mit einer definierten ersten Profilgeometrie ausgebildet sind, vorzugsweise als entlang von Kreislinien, zentrisch um die Längsachse des Bauteils angeordnete Nuten. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten begrenzende Flanken konisch ausgebildet, d.h. gegenüber der Längsachse um einen Winkel geneigt sich erstreckend, so dass die Nut trapezförmig ist.

[0020] In einer weiteren Ausführungsform weist die am Trägerkörper ausgebildete erste Profilgeometrie mehrere konzentrische kreisförmige verlaufende Nuten auf, welche sich hinsichtlich Anordnung und Form unterscheiden. So können bei mehreren Nuten die Flanken nicht und/oder unterschiedlich geneigt sein. Die komplementären Gegenflächen der zweiten Profilgeometrie des Gleitteils des Bauteils sind entsprechend ausgebildet. Beim Zusammenfügen von Trägerkörper, insbesondere aus Stahl gefertigt, und Gleitteil, insbesondere aus Messing gefertigt, werden die zu paarenden Formen und Flächen auf- bzw. ineinander gepresst, wobei durch die geneigten Flanken, d.h. der konischen Form der ausgebildeten Nuten, die ineinander gepressten Erhebungen und Vertiefungen der Profilgeometrien durch Reibkraft im Bereich der Flanken mittels Selbsthemmung in innigem Kontakt gehalten werden. Als Profilgeometrien kommen auch kalottenförmige, radiale und/oder parallele Erhebungen und Vertiefungen in Betracht. Zusätzlich kann am Trägerkörper und/oder Gleitteil am Aussenumfang eine Stufe in Form einer Bördelung ausgebildet sein, welche hinterschnitten ist und in welche beim Pressvorgang das mit komplementären Erhebungen ausgebildete Gegenstück derart eingepresst wird, dass darüber hinaus eine weitere formschlüssige Verbindung gebildet wird.

[0021] Die zweite Profilgeometrie am Gleitteil kann sich von der ersten Profilgeometrie des Trägerkörpers unterscheiden, allerdings nur in dem Ausmass, dass die Profilgeometrien ineinander gepresst werden können, um so eine formschlüssige und eventuell eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung zu erzeugen. Beim Pressvorgang der Profilgeometrien findet bei einem Stoffschluss eine Kaltumformung in definierten Bereichen statt, so dass ein zusätzliches Verkrallen von Trägerkörper und Gleitteil erreicht wird.

[0022] In einer anderen Ausführungsform umfasst das Gleitteil des Bauteils einer Kolbenmaschine, z.B. der Gleitschuh, auf der Gleitsohle, welche in Kontakt mit einer Gleitfläche steht, ebenfalls konzentrisch zur Längsachse des Gleitschuhs Entlastungsnuten, die eine Entlastung im Bereich der Gleitsohle beim gleitenden Abstützen auf einer Gleitfläche bereitstellen. Vorzugsweise sind die Entlastungsnuten auf einer der zweiten Profilgeometrie gegenüberliegenden Fläche der Gleitsohle in einer Anordnung ausgebildet, dass eine verbleibende Wandstärke zwischen der zweiten Profilgeometrie und den Entlastungsnuten weitgehend konstant ist.

[0023] Die Paarung unterschiedlicher Materialien mittels eines Pressvorgangs komplementär ausgebildeter Formen und Flächen zur Ausbildung eines mehrteiligen Bauteils für eine Kolbenmaschine kann beispielsweise für einen Gleitschuh, eine Steuerscheibe oder eine Zylindertrommel eingesetzt werden. Beispielsweise umfasst eine Steuerscheibe einer hydraulischen oder hydrostatischen Axialkolbenpumpe, auch bezeichnet als Steuerboden oder Steuerspiegel, einen Trägerkörper, beispielsweise aus Stahl, und ein als Laufschicht ausgebildeten Gleitteil, z.B. in Form einer Buntmetallscheibe. Auch hier werden die beiden Teile mittels Pressen von an zu paarenden Flächen definiert ausgebildeten Erhebungen und Vertiefungen zusammengefügt, wobei die Anordnung von Erhebungen und Vertiefungen derart aufeinander abgestimmt sind, dass die gefertigte Steuerscheibe keine dünnwandigen Schwachstellen aufweist, insbesondere im Bereich von daran ausgebildeten nierenförmigen Ausnehmungen.

[0024] Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer hydraulischen oder hydrostatischen Kolbenmaschine, umfassend Bereitstellen eines Trägerkörpers, gefertigt aus einem ersten Material und mit einer ersten Profilgeometrie auf einer Fläche und eines Gleitteils, gefertigt aus einem zweiten Material und mit einer zweiten Profilgeometrie auf einer Verbindungsfläche, welche zumindest teilweise in die erste Profilgeometrie einführbar ist. Anschliessend werden der Trägerkörper und das Gleitteil mittels eines Pressverfahrens zusammengefügt, wobei die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie eine formschlüssige Verbindung bilden.

[0025] Vorzugsweise bilden die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie beim Pressverfahren mittels Kaltumformung eine stoffschlüssige Verbindung aus.

[0026] Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst auch, dass der Trägerkörper und/oder der Gleitteil vor dem Pressvorgang unabhängig voneinander bearbeitet werden. Hierfür kann der mit der ersten Profilgeometrie ausgebildete Trägerkörper mindestens einem Bearbeitungsschritt unterworfen werden, welcher eine Beschichtung, ein Oberflächenhärteverfahren und/oder eine Druckluftstrahlung mit festem Strahlmittel ist.

[0027] Auch das zusammengefügte Bauteil kann mittels mechanischer Bearbeitungsverfahren bearbeitet werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0028] Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Bauteils einer Kolbenmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1a, 1b schematische Schnittdarstellungen einer Gelenkverbindung zwischen einem Zylinderkolben und einem als Gleitschuh ausgebildeten Bauteil einer Axialkolbenmaschine; Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils zur Verwendung in einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine; Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Bauteils zur Verwendung in einer Axialkolbenmaschine in einer zweiten Ausführungsform; Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Trägerkörpers und eines Gleitteils als Elemente eines Bauteils einer Axialkolbenmaschine vor dem Zusammenfügen; Figur 5a eine schematische Schnittdarstellung eines Trägerkörpers in einer weiteren Ausführungsform und eines Gleitteils während des Zusammenfügens; Figur 5b eine Detailansicht einer Fügestelle der gefügten Teile gemäss Figur 5a; und Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Steuerscheibe für eine Kolbenpumpe.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung

[0029] Die in den Figuren 1a und 1b dargestellten Gelenkverbindungen 1 sind eingerichtet, um zwei Elemente raumgelenkig miteinander zu verbinden, so dass die Elemente relativ zueinander allseitig schwenkbar sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gelenkverbindung 1 zwischen einem Zylinderkolben 2 einer Axialkolbenmaschine und einem Gleitschuh 3 gebildet. Die Axialkolbenmaschine ist beispielsweise in Schrägscheibenbauweise ausgebildet, wobei eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Zylindertrommel mit mehreren am Umfang verteilt angeordnete axiale Zylinderkolbenaufnahmen mit darin verschieblich aufgenommenen Zylinderkolben 2 vorgesehen ist und wobei sich der Gleitschuh 3 an einer an einer Schrägscheibe ausgebildeten Gleitfläche abgestützt ist.

[0030] An dem Gleitschuh 3 ist eine ebene Gleitsohle 6 ausgebildet, welche bei einer Drehung der Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine entlang einer Kreisbahn auf der Gleitfläche der Schrägscheibe gleitend anliegt. Am der Gelenkverbindung 1 abgewandten Ende des Zylinderkolbens 2 ist eine Zylinderöffnung vorgesehen, durch welche bei einem Druckhub einer Hubbewegung Druckmittel aus einer Zylinderbohrung in eine Steuerniere einer Steuerscheibe gedrückt und von dort über eine Arbeitsleitung weiter geleitet werden. Dabei wird während des Druckhubs der Gleitschuh 3 aufgrund des in der Zylinderbohrung herrschenden Drucks in Anlage an der Gleitfläche der Schrägscheibe gehalten. Die Anlage der Gleitsohle 6 an der Gleitfläche der Schrägscheibe wird auch durch Einrichtungen während eines Saughubs gewährleistet, die hier nicht näher erläutert sind.

[0031] Die Gelenkverbindung 1 weist einen Kugelkopf 10 an dem einen Element und eine Ausnehmung 12 an dem anderen Element auf. In Fig. 1a ist der Kugelkopf 10 an dem Gleitschuh 3 ausgebildet und in der Ausnehmung 12, ausgebildet am Zylinderkolben 2, aufgenommen, wobei der Kugelkopf 10 in der Ausnehmung 12 zu allen Seiten schwenkbar gelagert ist und von einem Randbereich der Ausnehmung 12 übergriffen und somit formschlüssig darin aufgenommen ist. Demnach können sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen dem Zylinderkolben 2 und dem Gleitschuh 3 übertragen werden. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1a ist der Kugelkopf 10 durch einen Hals 18 mit dem Gleitschuh 3 verbunden, vorzugsweise einteilig daran ausgebildet.

[0032] Zur Verminderung der Reibung zwischen dem Kugelkopf 10 und der der Ausnehmung 12 ist eine Schmierölbohrung 14 in dem Zylinderkolben 2 vorgesehen, durch welche die Kontaktfläche zwischen Gleitschuh 3 und Zylinderkolben 2 mit Schmiermittel versorgt ist. Ferner ist an dem Gleitschuh 3 eine Durchgangsbohrung 16 vorgesehen, welche das Schmiermittel zur Gleitsohle 6 des Gleitschuhs 3 transportiert.

[0033] Fig. 1b zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei der Kugelkopf 10 durch den Hals 18 mit dem Zylinderkolben 2 verbunden, vorzugsweise einteilig daran angeformt ist.

[0034] In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Bauteils 20 dargestellt, welches als Gleitschuh 3 ausgebildet ist. Das Bauteil 20 ist von der sich entlang einer Längsachse 26 erstreckenden Schmierölbohrung 16 durchdrungen. Um den Gleitschuh 3 gelenkig mit einem weiteren Element einer Kolbenmaschine zu verbinden, ist an einem Trägerkörper 22 des als Gleitschuh 3 ausgebildeten Bauteils 20 der Kugelkopf 10 ausgebildet. An einem dem Kugelkopf 10 abgewandten Ende ist am Trägerkörper 22 ein Trägerkörperfuss 24, auch bezeichnet als Gleitschuhfuss, ausgebildet, welcher in radialer Richtung erweitert ist. Der Trägerkörper 22 erstreckt sich axial entlang der Längsachse 26, wobei am Trägerkörperfuss 24 eine kreisförmige Fläche 28 am dem Kugelkopf 10 gegenüberliegenden Ende des Trägerkörpers 22 vorgesehen ist. Die Fläche 28 stellt dabei eine Kontaktfläche für einen mit dem Trägerkörper 22 zu verbindenden Gleitteil 30 bereit. Hierfür ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass an der Fläche 28 eine oder vorzugsweise mehrere konzentrisch um die Längsachse 26 angeordnete ringförmige Nuten 32 ausgebildet sind. Die Fläche 28 weist demnach eine erste Profilgeometrie auf, gebildet von Nuten 32, bzw. von Vertiefungen und/oder Erhebungen.

[0035] Dabei können die mehreren kreisförmigen Nuten 32 gleich hinsichtlich einer Nuttiefe 34 oder unterschiedlich ausgebildet, gleichmässig oder unregelmässig verteilt sein. Ferner ist die jeweilige Nut 32 von Flanken 36 begrenzt, welche in Bezug zu der Längsachse 26 parallel oder zu dieser winkelig, d.h. in Winkeln α1, α2, welche unterschiedlich sein können, verlaufend ausgebildet sein, so dass die jeweilige Nut 32 weitgehend eine Trapezform aufweist. Die Winkel α1, α2können sich innerhalb der ersten Profilgeometrie unterscheiden.

[0036] Zur Komplementierung des Bauteils 20 einer Kolbenmaschine wird der Trägerkörper 22 mit dem Gleitteil 30 und der daran ausgebildeten Gleitsohle 6 so miteinander verbunden, dass das Gleitteil 30 mit einer Verbindungsfläche 38 an der mit der ersten Profilgeometrie ausgebildeten Fläche 28 formschlüssig fixierbar ist. Demnach weist die Verbindungsfläche 38 des hier scheibenförmig ausgebildeten Gleitteils 30 ebenfalls eine komplementär zur Profilgeometrie der Fläche 28 ausgebildete zweite Profilgeometrie mit Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, vorzugsweise ein oder mehrere kreisförmige Nuten 40, welche mit den Nuten 32, ausgebildet an der Fläche 28 in Eingriff gebracht und ineinander gepresst werden können. Bei trapezförmigen Nuten 32, 40 kann je nach Wahl der Flankenwinkel α1, α2, durch Reibung eine Selbsthemmung der Paarung erzielt werden, welche die gefügten Teile fest miteinander verbindet.

[0037] Vorgesehen ist, dass der Trägerkörper 22 aus dem Material Stahl gefertigt ist und insbesondere vor dem Zusammenfügen mit dem Gleitteil 30 bearbeitet wurde. Das Gleitteil 30 selbst kann als eine kreisförmige Scheibe aus Buntmetall gefertigt sein.

[0038] Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines als Gleitschuh 3 ausgebildeten Bauteils 20 dargestellt, bei welchem gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Das Bauteil 20 umfasst den Trägerkörper 22 und den Gleitteil 30, welche ineinander gefügt sind, so dass die jeweils an Kontaktflächen 28, 38 ausgebildete komplementäre Profilgeometrien ineinandergreifen. Auf der der Verbindungsfläche 38 gegenüberliegenden Gleitsohle 6 des Gleitteils 30 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine oder mehrere kreisförmige Entlastungsnuten 50 vorgesehen, welche eine Entlastung der Paarung Gleitsohle 6 Gleitfläche der Schrägscheibe bereitstellen. Um zu gewährleisten, dass es zu keiner Materialschwächung im Bereich des Gleitteils 30 kommt, wird die Anordnung der Entlastungsnuten 50 auf der Gleitsohle 6 versetzt zu derjenigen Anordnung der Nuten 40 auf der gegenüberliegenden Seite, d.h. der Verbindungsfläche 38 des Gleitteils 30 ausgebildet.

[0039] In Fig. 4 sind Trägerkörper 22 und Gleitteil 30, welche zusammengefügt das erfindungsgemässe Bauteil 20 bilden, getrennt, d.h. vor dem Ineinanderpressen, dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist die an der Fläche 28 ausgebildete Profilgeometrie abweichend von der Profilgeometrie der Verbindungsfläche 38 ausgebildet. Insbesondere unterscheiden sich Form und Orientierung der Vertiefungen/Erhebungen relativ zur Längsachse 26 der Nuten 32 der Fläche 28 voneinander und diese wiederum von den Nuten 40, welche auf der Verbindungsfläche 38 des Gleitteils 30 ausgebildet sind. Dabei sind Nuten 32 zur Längsachse 26 parallel, hin oder weg geneigt, wobei die Profilgeometrie unterschiedlich orientierte Nuten umfasst. Auf der Verbindungsfläche 38 des Gleitteils 30 können dagegen die Nuten 40 keine oder eine gegenüber der Orientierung der Nuten 32 andere Neigung aufweisen. Demnach kommt es bei einem Pressvorgang der zu fügenden Teile Trägerkörper 22 und Gleitteil 30 nicht nur zu einer formschlüssigen Verbindung der ausgebildeten Profilgeometrien sondern auch zu einer stoffschlüssigen Verbindung durch Kaltumformung der ineinander gefügten Profilgeometrien von Trägerkörper 22 und Gleitteil 30.

[0040] In Fig. 5a ist eine weitere Variante der Profilgeometrie an der Fläche 28 des Trägerkörpers 22 und/oder der Verbindungsfläche 38 des Gleitteils 30 dargestellt, wobei auch ersichtlich ist, dass die zufügenden Teile in einer Pressvorrichtung, umfassend Stempel 42 und Matrize 44, aufgenommen sind. Hier ist an einem Aussenumfang 46 des Trägerkörpers 22 eine hinterschnittene Stufe 48 mit einer geneigt verlaufenden Begrenzungsflanke 50 ausgebildet. Beim Pressvorgang wird die äussere ringförmige Erhebung der Profilgeometrie des Gleitteils 30 in die hinterschnittene Stufe 48 gepresst, wobei eine stoffschlüssige Verbindung in diesem Bereich der zufügenden Teile durch Kaltumformung erzeugt wird.

[0041] Fig. 5b zeigt ein Detail der ineinander gepressten Teile Trägerkörper 22 und Gleitteil 30, wobei ersichtlich ist, dass am Aussenumfang 46 des Trägerkörpers eine der Nuten 40 des Gleitteils 30 in die hinterschnittene Stufe 48 eingepresst ist und eine stoffschlüssige Verbindung bildet.

[0042] Das erfindungsgemässe Bauteil 20 kann aber auch ein anderes Element einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, sein. In Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung einer Steuerscheibe 60 dargestellt, welche ebenfalls wie vorhergehend beschrieben ein Bauteil 20 in einer hydrostatischen oder hydraulischen Axialkolbenpumpe ist. Die Steuerscheibe 60 umfasst den Trägerkörper 22, an welchem ein Gleitteil 30 fest verbindbar ist. Auch hier sind an den zu fügenden Kontaktflächen definierte Profilgeometrien ausgebildet, welche bei einem Pressprozess ineinander gepresst und eventuell zusätzlich zu einem Formschluss, stoffschlüssig verbindbar sind. Insbesondere sind die Profilgeometrien derart ausgebildet, dass es keine dünnwandigen Bereiche der Steuerscheibe 60 gibt, insbesondere in der Umgebung von daran ausgebildeten Steuernieren 62.

Claims (15)

1. Bauteil (20) für eine Kolbenmaschine, umfassend – einen Trägerkörper (22), gefertigt aus einem ersten Material, mit einer auf einer Fläche (28) ausgebildeten ersten Profilgeometrie, und – ein Gleitteil (30) mit einer Gleitsohle (6), gefertigt aus einem zweiten Material, wobei auf einer Verbindungsfläche (38) eine zweite Profilgeometrie ausgebildet ist, welche mit der ersten Profilgeometrie formschlüssig verbindbar ist.

2. Bauteil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material des Trägerkörpers (22) ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Eisenmetall, insbesondere Stahl und das zweite Material des Gleitteils (30) ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Buntmetalle, deren Legierungen, Keramiken und Hartmetalle.

3. Bauteil (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie zumindest teilweise so ausgebildet sind, sodass beim Pressvorgang mittels Kaltumformung eine stoffschlüssige Verbindung erzeugbar ist.

4. Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie jeweils mindestens eine konzentrisch um eine Längsachse (26) verlaufende Nut (32, 40) aufweisen, welche ineinander zumindest teilweise einführbar sind.

5. Bauteil (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (32, 40) trapezförmig ausgebildet sind, wobei die Nuten (32, 40) begrenzende Flanken (36) gegenüber der Längsachse (26) um einen Winkel (α1, α2) geneigt sind.

6. Bauteil (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Profilgeometrie und/oder die zweite Profilgeometrie mehrere Nuten (32, 40) umfassen, welche sich hinsichtlich Anordnung und Form unterscheiden.

7. Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gleitteil (30) auf der Gleitsohle (6) Entlastungsnuten (50) in einer Anordnung ausgebildet sind, so dass eine verbleibende Wandstärke zwischen der zweiten Profilgeometrie und den Entlastungsnuten (50) weitgehend konstant ist.

8. Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) als Gleitschuh (3), als Steuerscheibe (60) oder Zylindertrommel für eine Axialkolbenmaschine ausgebildet ist.

9. Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Profilgeometrie am Trägerkörper (22) mittels Druckluftstrahlung mit festem Strahlmittel bearbeitet ist.

10. Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (22) mit der daran ausgebildeten ersten Profilgeometrie mittels eines Härteverfahrens gehärtet ist.

11. Bauteil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (22) im Bereich der ersten Profilgeometrie beschichtet ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (20) für eine Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, umfassend: a) Bereitstellen eines Trägerkörpers (22), gefertigt aus einem ersten Material und mit einer ersten Profilgeometrie auf einer Fläche (28); b) Bereitstellen eines Gleitteils (30), gefertigt aus einem zweiten Material und mit einer zweiten Profilgeometrie auf einer Verbindungsfläche (38), welche zumindest teilweise in die erste Profilgeometrie einführbar ist, und c) Zusammenfügen von Trägerkörper (22) und Gleitteil (30) mittels eines Pressverfahrens, wobei die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie eine formschlüssige Verbindung bilden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die erste Profilgeometrie und die zweite Profilgeometrie beim Pressverfahren mittels Kaltumformung eine stoffschlüssige Verbindung bilden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a) der Trägerkörper (22) mindestens einem Bearbeitungsschritt unterworfen wird, welcher eine Beschichtung, ein Oberflächenhärteverfahren und/oder eine Druckluftstrahlung mit festem Strahlmittel ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an Schritt c) das zusammengefügte Bauteil (20) mittels mechanischer Bearbeitungsverfahren bearbeitet wird.