DE10046504A1

DE10046504A1 - Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10046504A1
Application number: DE2000146504
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Mukai; Manabu Sugiura; Tsunehisa Sekiguchi
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2001-04-19
Also published as: JP2001090655A

Abstract

Es wird eine Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter vorgeschlagen, welche einen Taumelscheibenkörper umfaßt, der aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist, und eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, welche eine Gleitfläche bildet und aus einer Al-Legierung hergestellt ist. Der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte werden dadurch verbunden, daß ein Bindemetall im geschmolzenen Zustand dazwischengeschaltet wird. Das Bindemetall diffundiert in den Taumelscheibenkörper und in die Gleitplatte. So entsteht eine Gradienten-Diffusionsschicht, bei der das Bindemetall hauptsächlich in den Taumelscheibenkörper diffundiert ist und bei der das Bindemetall hauptsächlich in die Gleitplatte diffundiert ist. Auf diese Weise werden der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte fest miteinander verbunden. Die Taumelscheibe zeigt gute Gleiteigenschaften; beispielsweise ist die Wahrscheinlichkeit, daß Fressen zwischen der Taumelscheibe und den Schuhen aus Eisenwerkstoff auftritt, gering. Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren, wonach die Taumelscheibe leichter und kostengünstiger herzustellen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Taumelscheibe für einen Verdichter der Taumelscheibenbauart und ein Verfahren zu ihrer Herstel lung. Im besonderen betrifft die Erfindung eine Taumelscheibe mit verbesserten Gleiteigenschaften und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

In einem Taumelscheibenverdichter wird die Kompression und Expansion eines gegebenen Kühlmittels durch hin- und hergehende Kolben bewirkt, die in in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinderbohrungen laufen, um damit eine Taumelscheibe, die schräg zu einer Drehwelle angeordnet ist, in Rotation zu ver setzen. Kolben und Taumelscheibe stehen über Schuhe (d. h. Gleitelemente) miteinander in Kontakt, und die Taumelscheibe rotiert, während die Schuhe auf der äußeren Oberfläche eine Gleitbewegung ausführen.

So besteht zum Beispiel bei einem Verdichter mit variabler Förderleistung etc. die Notwendigkeit einer schweren Taumel scheibe, damit der Taumelscheibe Trägheitskraft gegeben werden kann. In diesem Fall kommt bevorzugt eine Taumelscheibe zur Verwendung, die aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist. Im allgemeinen ist es aber so, daß zur Herstellung der Schuhe ein Material auf Eisenbasis verwendet wird, zum Beispiel ein kohlenstoffreicher chromhaltiger Stahl (SUJ gemäß Japanese Industrial Standard). Die Verwendung der gleichen Werkstoffe auf Fe-Basis wirft das Problem auf, daß zwischen den Schuhen und der Oberfläche der Taumelscheibe, die als Gleitfläche und der Oberfläche der Taumelscheibe, die als Gleitfläche dient, Fressen eintritt. Zur Lösung des Problems des Fressens zwischen den Werkstoffen auf Eisenbasis ist bereits eine Reihe von Techniken untersucht worden. Als Beispiel könnte genannt werden, eine Kupferlegierung in Form einer Flammspritzschicht auf der Gleitfläche der Taumelscheibe vorzusehen, wie in der Offenlegungsschrift Nr. WO 95/25 224, die auf eine Internatio nale PCT-Anmeldung zurückgeht, angegeben.

Der in der genannten Druckschrift dargelegten Technik haftet jedoch der Nachteil an, daß die so hergestellte Taumelscheibe teuer sein wird, bedingt durch die Verwendung der teuren Kup ferlegierung und weil das Aufbringen der Kupferlegierung durch Flammspritzen kompliziert ist. Hinzu kommt, daß die Haftfestig keit der im Flammspritzverfahren aufgebrachten Kupferlegierung schwach ist.

Die vorliegende Erfindung wurde mit der Absicht entwickelt, die Probleme zu beseitigen, die mit der aus einem Eisenwerkstoff hergestellten Taumelscheibe verbunden sind. Der Teil, der als Gleitteil der Taumelscheibe dient, welche aus einem Eisenwerk stoff hergestellt ist, wird mit einem Element verbunden, wel ches frei von Fressen gegenüber den Schuhen auf Fe-Basis ist, um so eine Gleitplatte zu bilden. Eine Aufgabe der Erfindung liegt demnach darin, eine Taumelscheibe für einen Taumelschei benverdichter bereitzustellen, die kostengünstiger ist und gute Gleiteigenschaften zeigt, und ein Verfahren, welches ihre leichte Herstellung ermöglicht.

Eine erfindungsgemäße Taumelscheibe für einen Verdichter der Taumelscheibenbauart ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Taumelscheibenkörper umfaßt, der aus einem Eisenwerkstoff her gestellt ist, und eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, welche eine Gleitfläche bildet und aus einer Al- Legierung hergestellt ist. Im einzelnen wird bei der betreffen den Taumelscheibe eine Al-Legierung als Platte gestaltet und an den Taumelscheibenkörper gebunden. Damit wird Gleitfläche von der Al-Legierung gebildet. Durch die Anbindung der Al-Legie rung, die weniger Kosten verursacht und frei von Fressen gegen über den Fe-basierten Schuhen ist, kann die betreffende Taumel scheibe für einen Taumelscheibenverdichter kostengünstiger her gestellt werden und weist gute Gleiteigenschaften auf.

Die betreffende Taumelscheibe für einen Verdichter der Taumel scheibenbauart unterliegt keiner besonderen Beschränkung was die Art und Weise anbelangt, in der der Taumelscheibenkörper mit der Gleitplatte verbunden wird. Eine Möglichkeit besteht jedoch darin, mit Hilfe eines in den Bindebereich zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte gebrachten oder zwi schengeschalteten Bindemetalls den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden und so eine Taumelscheibe herzustel len.

Grundsätzlich steht die Möglichkeit offen, die Bindung zwischen den Metallen durch mechanische Verbindungsverfahren, z. B. mit tels Schrauben und Nieten, und Schweißverfahren herzustellen. Mechanische Verbindungen sind jedoch teuer, bedingt durch die im Verbindungsbereich zu erstellenden Bohrungen und die Verbin dungselemente, wie Schrauben und Nieten. Außerdem findet das Verbindungsverfahren seine Grenzen in der Bearbeitung der Köpfe der Verbindungselemente. Was das Schweißen anbelangt, so sind die zu verbindenden Grundmaterialien Metalle ungleicher Art, wie etwa ein Eisenwerkstoff und eine Al-Legierung, so daß das Bindungsvermögen unzulänglich ist. Des weiteren gibt es beim Schweißen das Problem, daß sich die Taumelscheibe wärmebedingt verwirft und verformt, weil die Temperaturen auf ein solches Maß ansteigen, daß ein Teil des Taumelscheibenkörpers, der aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist, welcher den Grundwerk stoff bildet, geschmolzen wird.

Das Verbindungsverfahren, bei dem das Bindemetall zwischen geschaltet wird, unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Eine gut bekannte Verbindungsmethode ist zum Beispiel Löten. Im Gegensatz zum mechanischen Verbinden und zum Schweißen bildet eine Taumelscheibe, bei der die Bindung durch Löten erzeugt wird, eine gute Taumelscheibe, die kostengünstiger und frei von den Verzugs- und Deformationserscheinungen ist.

Bei der betreffenden Taumelscheibe, bei der der Taumelscheiben körper und die Gleitplatte durch Zwischenschalten des Binde metalls verbunden werden, kann die betreffende Taumelscheibe auch so ausgeführt sein, daß sie eine Gradienten-Diffusions schicht aufweist, bei der das Bindemetall sowohl in den Taumel scheibenkörper wie auch in die Gleitplatte diffundiert ist.

Im einzelnen ist die betreffende Taumelscheibe, welche die Gra dienten-Diffusionsschichten in dem Verbindungsbereich aufweist, der Taumelscheibe ähnlich, bei der die Bindung durch Löten er zeugt wird. Im Gegensatz zum gewöhnlichen Löten wird jedoch das zwischengeschaltete Bindemetall sowohl in den Eisenwerkstoff, der den Taumelscheibenkörper bildet, wie auch in die Al-Legie rung, aus der die Gleitplatte gebildet ist, diffundiert. Die Grenzflächen des Eisenwerkstoffes und der Al-Legierung ver schwinden also, und der Eisenwerkstoff und die Al-Legierung werden auf diese Weise miteinander verbunden.

Hierbei bedeutet die Diffusion des Bindemetalls in den Eisen werkstoff eine Diffusion auf atomarer Ebene (im folgenden auch Atomdiffusion genannt). Das Bindemetall tritt in einen Teil des Eisenwerkstoffs ein, während gleichzeitig der Eisenwerkstoff in das Bindemetall eintritt. Die Metalle diffundieren also inein ander. Eine definierte Grenzfläche, wie sie im Verbindungsbe reich des gewöhnlichen Lötens existiert, nämlich eine Grenzflä che, die zwei Phasen vollständig voneinander trennt, existiert nicht. Vielmehr mischen sich in der Grenzfläche der Eisenwerk stoff und das Bindemetall, wobei eine Legierung neuer Zusammen setzung entsteht. Mit Annäherung an den Taumelscheibenkörper weist die Legierung eine Zusammensetzung auf, die sich graduell oder allmählich der Zusammensetzung des Eisenwerkstoffes nähert. Ähnliches gilt für die Diffusion des Bindemetalls in die Al-Legierung.

Die Gradienten-Diffusionsschicht bedeutet demnach eine Schicht mit sich allmählich sowohl der Zusammensetzung des Eisenwerk stoffs wie auch der der Al-Legierung annähernden Zusammenset zungsgradienten um das zwischengeschaltete Bindemetall oder eine Legierung von annähernd derselben Zusammensetzung wie das Bindemetall in Richtung der Taumelscheibenkörperseite und der Gleitplattenseite.

Mit einer derartigen Atomdiffusion ist verbunden, daß der Tau melscheibenkörper und die Gleitplatte im wesentlichen zu einer Einheit miteinander verbunden werden, und die sich ergebende Bindungsfestigkeit ist hoch. Die betreffende Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter, welche so gestaltet ist, daß sie die Gradienten-Diffusionsschicht in dem Verbindungsbereich aufweist, bringt daher eine gute Festigkeit im Gleitbereich mit.

Bei der Verbindungsanordnung, welche die Gradienten-Diffusions schicht aufweist, kann das Bindemetall, aus dem die Gradienten- Diffusionsschicht aufgebaut wird, eine Zn-Legierung sein mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-% und einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen.

Beim Binden der Elemente solcherart, daß die Gradienten-Diffu sionsschicht entsteht, unterliegt die Verbindungsmethode keiner besonderen Beschränkung. Allgemein ist es jedoch so, daß die Diffusionserscheinungen dadurch hervorgerufen werden, daß die Temperatur jedes der miteinander zu verbindenden Elemente ange hoben wird. Weiter findet eine Diffusion zwischen festen Phasen nur dann statt, wenn die Elemente unter beachtlich hohe Tempe raturen gebracht werden. Überdies ist die Diffusionsrate so langsam, daß sie für die praktische Anwendung nicht brauchbar ist. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, eines der Elemente in die flüssige Phase umzuwandeln und die Diffusion zwischen einer flüssigen Phase und einer festen Phase durchzuführen. Die Zn-Legierung hat einen Schmelzpunkt, der niedriger ist als der der Al-Legierung, welche die Gleitplatte bildet. Außerdem ist es möglich, eine günstige Gradienten-Diffusionsschicht zwischen der Al-Legierung und dem Eisenwerkstoff, aus dem der Taumel scheibenkörper hergestellt ist, auszubilden.

Weiter kann bei der Taumelscheibe, welche eine Gradienten- Diffusionsschicht im Verbindungsbereich aufweist, das Binde metall durch Kombinieren eines ersten Bindemetalls und eines zweiten Bindemetalls gebildet werden. So ist es möglich, eine Taumelscheibe herzustellen, die eine Gradienten-Diffusions schicht aufweist, bei der das erste Bindemetall hauptsächlich in den Taumelscheibenkörper diffundiert ist und das zweite Bin demetall hauptsächlich in die Gleitplatte diffundiert ist. Im besonderen werden zwei Bindemetalle verwendet, um jeweils opti mierte Diffusionsfähigkeit in den Eisenwerkstoff, aus dem der Taumelscheibenkörper hergestellt ist, und in die Al-Legierung, aus der die Gleitplatte hergestellt ist, zu erzielen und die Festigkeit der Gradienten-Diffusionsschicht geeignet zu machen etc. Auf diese Weise entsteht eine Taumelscheibe, die eine höhere Bindungsfestigkeit zeigt.

Wenn zwei Bindemetalle verwendet werden, kann das erste Binde metall einen Schmelzpunkt haben, der niedriger ist als der des zweiten Bindemetalls. Im besonderen wird bei dieser Anordnung das Bindemetall mit dem tieferen Schmelzpunkt in die Seite des Taumelscheibenkörpers, der aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist, diffundiert. Wenn das Bindemetall in den geschmolzenen Zu stand überführt wird und wenn es zwischen der flüssigen Phase und der festen Phase diffundiert wird, muß der Taumelscheiben körper auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden. Eisenwerk stoffe neigen jedoch zu Warmbrüchigkeit, die durch Erhitzung verursacht wird. Zu hohe Aufwärmtemperaturen sind deshalb mit dem Risiko verbunden, daß solch hohe Aufwärmtemperaturen in einer Festigkeitsminderung des Taumelscheibenkörpers selbst resultieren. Wenn also die Anordnung so getroffen wird, daß das niedriger schmelzende Metall in den Taumelscheibenkörper dif fundiert wird, ergibt sich eine Taumelscheibe, die gute Zähig keit und Festigkeit aufweist.

Wenn das erste Bindemetall einen Schmelzpunkt besitzt, der niedriger ist als der des zweiten Bindemetalls, kann das erste Bindemetall, welches hauptsächlich in den Taumelscheibenkörper diffundiert, eine Sn-Legierung sein mit einem Sn-Gehalt von 30 bis 75 Gew.-%, einem Zn-Gehalt von 6 bis 30 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 4 Gew.-% und einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen. Das zweite Bindemetall, welches hauptsächlich in die Gleitplatte diffundiert, kann eine Zn-Legierung sein mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-% und einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreini gungen.

Wie bereits erwähnt wurde, diffundiert die Zn-Legierung günstig in die Al-Legierung, welche die Gleitplatte bildet. Ferner hat die Sn-Legierung einen tieferen Schmelzpunkt als die Zn-Legie rung und diffundiert günstig in den Eisenwerkstoff, der den Taumelscheibenkörper bildet. Auf diese Weise ist es möglich, die Gradienten-Diffusionsschicht mit ausreichender Bindungs festigkeit zu bilden. Außerdem bringt diese Taumelscheiben- Variante folgende Vorteile: die Bindung kann bei verhält nismäßig niedrigen Temperaturen erzeugt werden, die Warm brüchigkeit wird unterdrückt, und die Festigkeit der Taumel scheibe selbst ist hoch.

Bei den jeweiligen Taumelscheiben-Varianten ist es möglich, Löcher oder Rillen in der Oberfläche des Taumelscheibenkörpers, an die die Gleitplatte gebunden wird, und/oder der Oberfläche der Gleitplatte, an die der Taumelscheibenkörper gebunden wird, vorzusehen. Die Bindefläche, in der die Löcher oder Rillen her gestellt sind, kann die Bindung zwischen dem Taumelscheibenkör per und der Gleitplatte weiter verstärken. Wenn nämlich die Bindung über eine mit einem konkav geformten Bereich versehene Oberfläche erzeugt wird, bewirkt der konkav geformte Bereich einen Verankerungseffekt, derart, daß der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatten noch fester miteinander verbunden werden.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Taumelscheibe für einen Verdichter der Taumelscheibenbauart in Einklang mit der vorlie genden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für die im vor stehenden erwähnte erfindungsgemäße Taumelscheibe. So umfaßt das Verfahren zum Beispiel den Schritt des Zwischenschaltens eines Bindemetalls im geschmolzenen Zustand zwischen Taumel scheibenkörper und Gleitplatte, so daß das Bindemetall in den Taumelscheibenkörper und in die Gleitplatte diffundiert wird, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbin den. Im einzelnen wird bei Kontakt des geschmolzenen Binde metalls mit dem Verbindungsbereich zwischen dem Taumelscheiben körper und der Gleitplatte das Flüssigphase-Bindemetall in die festen Phasen Eisenwerkstoff und Al-Legierung diffundiert. Auf diesem einfachen Wege kann der Taumelscheibenkörper mit der Gleitplatte verbunden werden.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter ist ein Herstellungsverfahren für die obenerwähnte erfindungsgemäße Taumelscheibe unter Ver wendung der im vorstehenden erwähnten zwei Bindemetalle. Bei spielsweise kann das Verfahren den Schritt umfassen: Zwischen schalten eines ersten Bindemetalls auf der Seite des Taumel scheibenkörpers zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte; Zwischenschalten eines zweiten Bindemetalls auf der Seite der Gleitplatte zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte, wobei sowohl das erste Bindemetall wie auch das zweite Bindemetall im geschmolzenen Zustand vorliegen; Diffundieren des ersten Bindemetalls hauptsächlich in den Taumelscheibenkörper und Diffundieren des zweiten Bindemetalls hauptsächlich in die Gleitplatte, um so den Taumelscheibenkör per und die Gleitplatte zu verbinden. Damit können die ver schiedenen Bindemetalle in den Taumelscheibenkörper bzw. in die Gleitplatte diffundiert werden, und die Festigkeit der gebunde nen Bereiche kann weiter verbessert werden. Wenn das erste Bin demetall einen tieferen Schmelzpunkt hat als das zweite Binde metall, ist es außerdem möglich, eine ausreichende Diffusion des Bindemetalls in den Taumelscheibenkörper sicherzustellen, die Warmbrüchigkeit des Taumelscheibenkörpers zu unterdrücken und die Taumelscheibe selbst zu verstärken.

Die Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter in Ein klang mit der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Taumelschei benkörper, der aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist, und eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, die eine Gleitfläche bildet und aus einer Al-Legierung hergestellt ist. Mit dieser Anordnung wird die betreffende Taumelscheibe kostengünstiger und zeigt gute Gleiteigenschaften, z. B. Frei heit von Fressen zwischen der Taumelscheibe selbst und den Schuhen. Wenn die Bindung dadurch hergestellt wird, daß das Bindemetall zwischen Taumelscheibenkörper und Gleitplatte zwi schengeschaltet wird und weiter das Bindemetall in den Taumel scheibenkörper bzw. in die Gleitplatte diffundiert wird, weist die Taumelscheibe eine hohe Bindungsfestigkeit auf. Ferner wird bei dem Verfahren zur Herstellung einer Taumelscheibe in Ein klang mit der vorliegenden Erfindung das Bindemetall im ge schmolzenen Zustand zwischen Taumelscheibenkörper und Gleit platte eingesetzt, um letztere miteinander zu verbinden. Dem nach kann die erfindungsgemäße Taumelscheibe leicht hergestellt werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung erge ben sich aus der Detailbeschreibung und/oder aus der beigefüg ten zeichnerischen Darstellung sowie der Detailbeschriebung be vorzugter Ausführungsformen, wobei alle diese Abschnitte Teil der vorliegenden Offenbarung bilden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die eine erfindungs gemäße Taumelscheibe für einen Taumelscheibenver dichter in Einklang mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführung des Taumelscheibenkörpers mit Löchern und Rillen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verbindungsbe reichs zwischen einem Taumelscheibenkörper und einer Gleitplatte; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung von Probestücken, welche in den Beispielen hergestellt wurden.

Nachdem die Erfindung im vorstehenden allgemein beschrieben wurde, wird die Erfindung nun unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen noch näher erläutert, wobei letz tere lediglich als beispielhaft zu verstehen sind und den Be reich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dar gelegt ist, nicht limitieren sollen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen im Detail beschrieben.

Taumelscheibenkörper und Gleitplatte

Eine Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter in Ein klang mit der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Taumelschei benkörper, der aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist, und eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, die eine Gleitfläche bildet und aus einer Al-Legierung hergestellt ist. Diese Taumelscheibe ist in schematischer Form in Fig. 1 veranschaulicht (Fig. 1(a) zeigt den Zustand vor dem Verbinden; Fig. 1(b) zeigt den Zustand nach dem Verbinden). Bei der bei spielhaft dargestellten Taumelscheibe handelt es sich um eine Taumelscheibe für einen Verdichter mit variabler Förderlei stung. Die Taumelscheibe 1 umfaßt einen ringförmig gestalteten Taumelscheibenkörper 2 und zwei Gleitplatten, die in ähnlicher Weise ringförmig gestaltet sind. Der Taumelscheibenkörper 2 weist eine Wellenöffnung 2n zum Einführen einer Welle auf, und die Gleitplatten 3 werden an die ebene äußere Oberfläche gebun den. Die Bereiche, wo die Gleitplatten 3 gebunden werden, wer den im folgenden als Bindeflächen 2b der Taumelscheibe 2 be zeichnet. Die Gleitplatten 3 weisen einander gegenüberliegende Oberflächen auf, wobei eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen mit der Bindefläche 2b des Taumelscheibenkörpers 2 in Kontakt gebracht wird. Diese Oberflächen werden im folgenden als Bindeflächen 3a der Gleitplatten 3 bezeichnet. Die Gegen flächen bezogen auf die Bindeflächen 3a der Gleitplatten 3 sind Gleitflächen 3b, mit denen die Schuhe in Kontakt treten und auf denen die Schuhe eine Relativbewegung ausführen. Um die Plat tendicke der Gleitflächen 3b zu reduzieren, besteht die Mög lichkeit, die Gleitflächen durch Bearbeitung, z. B. mechanische Bearbeitung, der Gleitplatten 3 nach dem Binden der Gleitplat ten 3 herzustellen. Die beispielhaft dargestellte Taumelscheibe ist für einen Verdichter mit variabler Förderleistung gedacht. Die erfindungsgemäße Taumelscheibe ist jedoch nicht auf einen Verdichter mit variabler Förderleistung beschränkt; sie kann auch für konstante Förderleistung Anwendung finden.

Der Taumelscheibenkörper 2 ist aus einem Eisenwerkstoff herge stellt. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung soll "Eisen" oder "Eisenwerkstoff" eine Eisenlegierung bedeuten. Zur Her stellung des Taumelscheibenkörpers 2 kann eine Reihe von Eisen werkstoffen Verwendung finden, so zum Beispiel kohlenstoffarme Stähle, hochfeste Stähle, Gußeisenwerkstoffe oder rostfreie Stähle. Die Formgebung kann nach bekannten Verfahren erfolgen, so etwa durch Schmieden, Gießen und mechanisches Bearbeiten so wie Kombinationen hiervon. Von den genannten Materialien ver dient Gußeisen aus der Sicht der Herstellungskosten den Vorzug. Aus der Reihe der Gußeisenwerkstoffe ist duktiles Gußeisen, z. B. vom Typ FCD70 (gemäß JIS), bei dem der Graphit mit Hilfe von Zusätzen kugelförmig ausgebildet ist, zu bevorzugen, weil es eine hohe Festigkeit aufweist, gutes Dehnungsverhalten und gute Zähigkeit zeigt, hoch zuverlässig ist und gegebenenfalls durch Induktionshärten ein hochharter Bereich hergestellt werden kann.

Es wird bevorzugt, vor dem Verbinden die Bindeflächen 2b des Taumelscheibenkörpers 2 einer Reinigung zu unterziehen. Es wird bevorzugt, den Oberflächen anhaftende Öle etc. zu entfernen. Ferner wird es bevorzugt, die Bindeflächen 2b durch mechanische Verfahren etc. zu glätten. Weiter wird es bevorzugt, die Ober flächen mit Schleuderstrahlen, Sandstrahlen etc. aufzurauhen, so daß feine Unregelmäßigkeiten entstehen, während den Oberflä chen anhaftender Zunder beseitigt wird. Wenn die Bindung mit Zwischenschaltung des Bindemetalls erzeugt wird, wirken sich die auf den Oberflächen entstandenen feinen Unregelmäßigkeiten vorteilhaft aus, indem sie die Bindungsfestigkeit bei der An bindung der Gleitplatte 3 verstärken.

Außerdem können die Bindeflächen 2b, wie in Fig. 2(a) veran schaulicht, Löcher 2c aufweisen, die durch mechanische Verfah ren etc. hergestellt werden können. Alternativ können Rillen 2d vorgesehen sein, wie Fig. 2(b) zeigt. Diese Löcher 2c und Ril len 2d verstärken die Bindungsfestigkeit infolge eines Veranke rungseffekts. Größe, Anzahl und Abstände etc. der Löcher 2c so wie Breite, Tiefe und Anzahl etc. der Rillen 2d können beliebig bestimmt werden in Anpassung an Ausgestaltung und Größe des Taumelscheibenkörpers 2 und der Gleitplatten 3 und der Fläche der Bindeflächen 2b etc.

Die Gleitplatte 3 ist aus einer Al-Legierung hergestellt. Die Al-Legierung bringt die Vorteile mit sich, daß sie verhältnis mäßig kostengünstig ist und Freßerscheinungen zwischen ihr und den Schuhen auf Eisenbasis unterdrückt werden. Die Herstellung der Gleitplatte 3 kann nach bekannten Verfahren erfolgen, zum Beispiel durch Stanzen mit einer Presse, Schmieden und Spritz gießen. Als Al-Legierung kommt bevorzugt eine übereutektische oder eutektische Al-Si-Legierung zur Verwendung, beispielsweise vom Typ A390, A4302, AC4C, ACBA, ACBB und ACBC (nach JIS). Im besonderen ist die Legierung vom Typ A390 (d. h. Al-17Si-4,5Cu- 0,6Mg) wünschenswert, weil mit Primär-Silizium-Kristallaus scheidung gerechnet werden kann, weil die A390-Legierung einen guten Reibungswiderstand und einen guten Widerstand gegenüber Fressen zeigt und weil die A390-Legierung einen niedrigen dyna mischen Reibungskoeffizienten aufweist. Ähnlich wie die Binde flächen 2b des Taumelscheibenkörpers 2 liegt die Bindefläche 3a der Gleitplatte 3 bevorzugt gereinigt vor, und es ist möglich, die Oberfläche mit Schleuderstrahlen, Sandstrahlen etc. aufzu rauhen.

Weiter besteht auch bei der Bindefläche 3a der Gleitplatte 3 die Möglichkeit, sie mit Löchern oder Rillen zu versehen, ähn lich den Löchern 2c oder Rillen 2d, die in der Bindefläche 2b des Taumelscheibenkörpers 2 hergestellt werden können. Damit kann, in gleicher Weise wie bereits beschrieben, die Bindungs festigkeit durch den Verankerungseffekt verstärkt werden.

Binden der Gleitplatte unter Verwendung eines Bindemetalls

Die erfindungsgemäße Taumelscheibe unterliegt keinen besonderen Beschränkungen was die Art und Weise anbetrifft, in der der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte gebunden werden. Wie bereits angeführt, kommen zahlreiche bekannte Verbindungsmetho den in Frage, zum Beispiel mechanische Verbindungsverfahren und Schweißverfahren. Das mechanische Verbinden und das Schweißen sind jedoch mit den bereits erwähnten Nachteilen verbunden. Dementsprechend wird es bevorzugt, die Bindung durch Löten zu erzeugen, z. B. bevorzugt durch Zwischenschalten des Bindeme talls zwischen Taumelscheibenkörper und Gleitplatte.

Wenn die Bindung durch Löten erzeugt wird, kann als Lötmaterial ein Material gewählt werden, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der der Al-Legierung, und das Löten kann nach üblichen Methoden durchgeführt werden. Das Binden durch Löten hat den Vorteil, daß der Wärmeeintrag in den Taumelscheibenkörper und in die Gleitplatte geringer ist und der wärmebedingte Verzug des Taumelscheibenkörpers weitgehend unterdrückt werden kann. Die Bindungsfestigkeit ist nicht so hoch wie die mit Schweißen erzielbare; indes kann eine geeignete Bindungsfestigkeit erhal ten werden.

Das Binden mit dem zwischengeschalteten Bindemetall ist nicht auf das Löten beschränkt. Um die Bindungsfestigkeit weiter zu verstärken, kann ein Verbindungsverfahren verwendet werden, bei dem das zwischengeschaltete Bindemetall in den Taumelscheiben körper und in die Gleitplatte diffundiert wird. Dieses Verbin dungsverfahren ist eine sehr charakteristische Methode. Das Binden (Bonden) mit Diffusion wird im folgenden detailliert beschrieben.

Binden mit Diffusion des Bindemetalls

Fig. 3 zeigt in schematischer Form einen Querschnitt einer Tau melscheibe, bei der die Bindung in Verbindung mit Diffusion des Bindemetalls erzeugt wird. Zwischen dem aus einem Eisenwerk stoff hergestellten Taumelscheibenkörper 2 und der aus einer Al-Legierung hergestellten Gleitplatte 3, d. h. im Verbindungs bereich, wird eine Verbindungsschicht 4 gebildet, die den Tau melscheibenkörper 2 und die Gleitplatte 3 miteinander verbin det. Ein mittiger Bereich 4a der Verbindungsschicht 4 war von einem Metall gebildet, dessen Zusammensetzung der Zusammenset zung des Bindemetalls entspricht oder annähernd entspricht. Das Metall des mittleren Bereichs 4a wird im folgenden als "mitt leres Metall" bezeichnet. Die Verbindungsschicht 4 weist einen ersten (taumelscheibenkörperseitigen Diffusions-)Bereich 4b auf, in dem das Bindemetall von dem mittleren Bereich 4a zu dem Taumelscheibenkörper 2 diffundiert, so daß sich die Zusammen setzung von der Zusammensetzung des mittleren Metalls allmäh lich der Zusammensetzung des Eisenwerkstoffs nähert, der den Taumelscheibenkörper 2 bildet, und einen zweiten (gleitplatten seitigen Diffusions-)Bereich 4c, in dem das Bindemetall von dem mittleren Bereich 4a in die Gleitplatte 3 diffundiert, so daß sich die Zusammensetzung von der Zusammensetzung des mittleren Metalls allmählich der Zusammensetzung der Al-Legierung nähert, aus der die Gleitplatte 3 gebildet ist.

Im einzelnen entsteht die Verbindungsschicht 4 in Folge des Bindemetalls, welches sowohl in die Taumelscheibe 2 wie auch in die Gleitplatte 3 auf atomarer Ebene diffundiert wird. Die Ver bindungsschicht 4 weist einen Zusammensetzungsgradienten auf, der sich kontinuierlich verändert von der Zusammensetzung des Eisenwerkstoffs, dem Material des Taumelscheibenkörpers 2, in die Zusammensetzung der Al-Legierung, dem Werkstoff der Gleit platte 3. In der vorliegenden Beschreibung wird die Verbin dungsschicht 4 im folgenden als "Gradienten-Diffusions schicht 4" bezeichnet.

Im Gegensatz zum gewöhnlichen Verbinden durch Löten existieren in dem Verbindungsbereich, der die Gradienten-Diffusionsschicht aufweist, klare Grenzflächen, die zwei Phasen voneinander tren nen, zwischen dem Taumelscheibenkörper 2 und dem Bindemetall und zwischen der Gleitplatte 3 und dem Bindemetall nicht. Die Nichtexistenz definierter Grenzflächen führt zu einer außeror dentlich festen Verbindung des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte.

Bei der Atomdiffusion wird das Bindemetall in den Taumelschei benkörper 2 diffundiert, während gleichzeitig der Eisenwerk stoff, das Material des Taumelscheibenkörpers 2, in einem un terschiedlichen Anteil in das Bindemetall diffundiert wird. Dementsprechend hat hierin bei dieser Bindung die Diffusion des Bindemetalls in den Taumelscheibenkörper die Bedeutung einer wechselseitigen Diffusion von Bindemetall in den Taumelschei benkörper und Diffusion von Eisen in das Bindemetall. Die Dif fusion des Bindemetalls in Richtung der Gleitplatte hat eine ähnliche Bedeutung.

Wenn das Bindemetall in geringer Menge zwischengeschaltet wird oder wenn das Bindemetall in geringer Dicke appliziert wird oder wenn die Diffusionsraten des Eisenwerkstoffes und der Al- Legierung in Richtung des Bindemetalls hoch sind, dann weicht die Zusammensetzung des in dem mittleren Bereich 4a befindli chen mittleren Metalls von der Zusammensetzung des Bindemetalls ab. Dies bedeutet, daß das mittlere Metall eine Zusammensetzung aufweist, die der des Bindemetalls entspricht oder annähernd entspricht.

Die Dicke des taumelscheibenkörperseitigen Diffusionsbe reichs 4n der Gradienten-Diffusionsschicht 4 (oder der Dif fusionsweg von der Oberfläche des Taumelscheibenkörpers) beträgt bevorzugt mindestens 30 µm. Die Dicke des gleit plattenseitigen Diffusionsbereichs 4c der Gradienten-Diffu sionsschicht 4 (oder der Diffusionsweg von der Oberfläche der Gleitplatte) beträgt vorzugsweise mindestens 40 µm. Wenn die zwei Diffusionsbereiche auf diese Längen gesetzt werden, wird die Bindungsfestigkeit im Verbindungsbereich weiter verstärkt. Vielfach besteht das Bindemetall aus einem Material, dessen Festigkeit geringer ist als die des Taumelscheibenkörpers 2 und der Gleitplatten 3. In diesem Fall weist die Gradienten-Diffu sionsschicht 4 - um eine ausreichende Festigkeit im Verbin dungsbereich zu erhalten - vorzugsweise eine Gesamtdicke von 80 µm oder weniger auf.

Das Bindemetall, welches für die Bindung mit Diffusion ver wendet wird, unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange das Material eine Gradienten-Diffusionsschicht mit ausreichender Festigkeit zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte zu bilden vermag. Bei der Diffusion zwischen festen Phasen ist die Diffusionsrate jedoch so gering, daß die Bindungsbildung sehr lange dauert. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, die Diffusion zwischen einer festen Phase und einer flüssigen Phase durchzuführen. Aus dieser Sicht ist es zu bevorzugen, daß das Bindemetall einen tieferen Schmelzpunkt aufweist als die Al-Legierung, das Material, das die Gleit platte bildet, und daß der Taumelscheibenkörper und die Gleit platten mit dem geschmolzenen Bindemetall in Kontakt kommen. Von solchen geschmolzenen metallischen Materialien verdient eine Zn-Legierung als Bindemetall den Vorzug, weil sie die Arbeitstemperatur beim Bindungsvorgang senkt, eine günstige Diffusionsfähigkeit gegenüber der Al-Legierung aufweist, eine hohe Bindungsfestigkeit nach dem Binden zeigt und weil sie zufriedenstellend handhabbar ist.

Von den Zn-Legierungen kommt bevorzugt eine Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-% und einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen, zur Verwendung. Die Zn-Legierung mit dieser Zusammensetzung ist bei verhältnismäßig niederen Temperaturen schmelzbar und ermöglicht es, die Bindung begleitet von hinrei chender Diffusion bei Temperaturen von 300 bis 450°C herzu stellen.

Die Menge an Zn in der Zn-Legierung kann vorzugsweise 75 bis 95 Gew.-% betragen. Wenn der Gehalt an Zn weniger als 75 Gew.-% beträgt, nimmt der Aluminiumanteil zu, der Schmelzpunkt wird nicht erniedrigt und die Handhabbarkeit verschlechtert sich. Mit mehr als 95 Gew.-% diffundiert das Zn in beträchtlichem Maße in das Aluminium und verschlechtert das Bindungsverhalten. Es sei angemerkt, daß der Zn-Gehalt weiter bevorzugt in den Be reich von 80 bis 92 Gew.-% fallen kann. Si bewirkt eine Ernied rigung des Schmelzpunktes als Bindemetall und verschmälert den Schmelztemperaturbereich. Bei Si-Gehalten von weniger als 0,6 Gew.-% kommen die Vorteile nur schlecht zur Wirkung. Mit Erhöhung des Gehalts auf über 5% kommt es zu einer reversiblen Verbreiterung des Schmelztemperaturbereichs und die Verarbei tungsfähigkeit beim Herstellen des Bindemetalls verschlechtert sich. Es sei angemerkt, daß der Si-Gehalt weiter bevorzugt in den Bereich von 0,8 bis 2 Gew.-% fallen kann. Zusätzlich zu dem Effekt der Verbesserung der Wärmebeständigkeit bewirkt Cr eine Unterdrückung der Spannungsrißkorrosion, indem es die kri stallinen Korngrenzen verstärkt. Bei Cr-Gehalten kleiner als 0,8 Gew.-% kommen die im vorstehenden genannten Vorteile nur wenig oder abgeschwächt zur Geltung. Ein Gehalt von mehr als 0,8 Gew.-% bewirkt eine Neigung zur Schlammbildung, führt zur Ausbildung grober intermetallischer Verbindungen und wirkt zähigkeitsmindernd. Ti wirkt kristallkornfeinend und hat einen günstigen Einfluß auf das Schrumpfungsverhalten bei der Erstar rung. Bei Ti-Gehalten von weniger als 0,03 Gew.-% kommen die im vorstehenden angeführten Vorzüge nur schwach zur Geltung, und die eigenschaftsverbessernden Wirkungen lassen sich nicht er zielen. Mit mehr als 0,1 Gew.-% verschlechtern sich die Fließ fähigkeit des Bindemetalls und die Handhabbarkeit beim Bin dungsvorgang. Außerdem bewirkt Al eine Verbesserung der Kompa tibilität und der Benetzung gegenüber der Gleitfläche aus Alu minium. Der Al-Gehalt ist die restliche Menge der Zusammen setzung nach Abzug der obenerwähnten Anteile von Zn, Si, Cr und Ti.

Beim Binden des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte durch Diffundieren des Bindemetalls in den Taumelscheibenkörper und in die Gleitplatte kann die Taumelscheibe hergestellt werden durch Zwischenschalten des Bindemetalls im geschmolzenen Zustand zwischen Taumelscheibenkörper und Gleitplatte, so daß das Bindemetall in den Taumelscheibenkörper und in die Gleit platte diffundiert wird, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden. Im einzelnen stehen eine Reihe von Herstellungsmethoden zur Verfügung, die im folgenden im Detail beschrieben werden.

So besteht zum Beispiel ein mögliches Verfahren darin, ein festes Bindemetall zwischen der Bindefläche des Taumelscheiben körpers und der Bindefläche der Gleitplatte zu halten, um diese in Kontakt zu bringen, und das Bindemetall auf eine Temperatur aufzuwärmen, bei der nur das Bindemetall zum Schmelzen gebracht wird, und nachfolgend das Bindemetall durch Abkühlen erstarren zu lassen. Hierbei kann das Bindemetall nicht nur in einem pul verförmigen Zustand vorliegen, sondern auch in Form von Blechen (oder Folien). Um die Benetzung durch das geschmolzene Binde metall zu fördern, kann auf den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte ein Mittel zur Verbesserung der Fließfähigkeit (im folgenden der Einfachheit halber Flußmittel genannt) angewendet werden. Das Flußmittel kann in Anpassung an die Bindemetalle verwendet und auf die Bindeflächen aufgetragen werden.

Nachdem das Bindemetall in den geschmolzenen Zustand gebracht wurde, werdenden Taumelscheibenkörper und die Gleitplatten unter die Einwirkung eines Drucks gebracht, um sie einander anzunähern. Im einzelnen ist es wünschenswert, die Druckgabe auf den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte so durchzufüh ren, daß diese unter Zwischenschaltung des Bindemetalls über einander angeordnet sind. Die Druckgabe-Mittel können bekannte Mittel sein, zum Beispiel eine Presse. Die entsprechenden Druckspannungen erzeugen Spannungen in den jeweiligen Binde flächen, und die Diffusion entwickelt sich so rasch, daß die Spannungen minimiert werden. Außerdem kann durch die Druckgabe überschüssiges Bindemetall aus den Verbindungsbereichen ver drängt werden, und die Bereiche, die hauptsächlich aus dem Bin demetall in dem mittigen Bereich der Gradienten-Diffusions schichten in den Verbindungsbereichen bestehen, können dünner ausgeführt werden. Damit ist es möglich, die Festigkeit der Verbindungsbereiche weiter zu verstärken.

Bei der Druckgabe können der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte in horizontalen Gleitrichtungen bewegt werden, wäh rend sie unter Druckeinwirkung stehen. Durch das Aneinanderrei ben der Bindeflächen von Taumelscheibenkörper und Gleitplatte ist es möglich, größere Spannungen in den jeweiligen Bindeflä chen zu erzeugen, und es ist möglich, die Diffusionsrate weiter zu steigern. Ähnliche vorteilhafte Effekte lassen sich dadurch erzielen, daß die Spannungen in der Bindeflächen des Taumel scheibenkörpers und der Gleitplatten vorweg, vor dem Verbinden, erzeugt werden, wobei Mittel zum Erzeugen von Spannungen in Bindeflächen wie Schleuderstrahlen, Sandstrahlen und Kugel strahlen zur Anwendung gelangen können.

Beim Herstellen der Bindung unter Überführung des Bindemetalls in den geschmolzenen Zustand ist folgendes zu beachten. Wenn die Durchführung an Luft erfolgt, besteht die Möglichkeit, daß das geschmolzene Metall oxidiert. Um diese Möglichkeit auszu schließen, wird die Bindung bevorzugt in einer nichtoxidieren den Atmosphäre hergestellt, zum Beispiel in einer Stickstoff gas- oder Argongasatmosphäre oder unter Vakuum. Dasselbe gilt auch für die im folgenden angegebenen Herstellungsprozesse.

Ein weiteres mögliches Herstellungsverfahren kann folgendes um fassen: Diffundieren des Bindemetalls in eines der beiden Teile, welche sind Taumelscheibenkörper und Gleitplatte, durch Inkontaktbringen der Bindefläche dieses einen Teils mit dem Bindemetall im geschmolzenen Zustand und, nach dem Diffusions schritt, Anordnen des jeweils anderen Teils, in welches das Bindemetall noch nicht diffundiert wurde, über das Teil, in welches das Bindemetall bereits diffundiert wurde, um die Bin deflächen der beiden Teile in Kontakt zu bringen, und Diffun dieren des Bindemetalls durch die Einwirkung von Wärme in das Teil, in welches das Bindemetall noch nicht diffundiert wurde, mit nachfolgendem Erstarrenlassen des Bindemetalls durch Abküh len, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte mitein ander zu verbinden. Im einzelnen beinhaltet der Prozeß zwei Schritte: Diffundieren eines Bindemetalls in eines der beiden Bauteile, welche sind Taumelscheibenkörper und Gleitplatte, und Diffundieren des Bindemetalls in das jeweils andere der beiden Bauteile, welche sind Taumelscheibenkörper und Gleitplatte.

Durch die Verwendung dieses Prozesses ist es möglich, die Dicke des diffundierten Bereichs, der zuerst diffundiert wurde, zu erhöhen. Weil die Diffusionsrate des Eisens langsamer ist als die der Al-Legierung, kann ein Taumelscheibenkörper mit guter Festigkeit hergestellt werden, wenn das Bindemetall z. B. zuerst in die Seite des Taumelscheibenkörpers diffundiert wird. Die Flußmittelbehandlung kann auf ähnliche Weise wie im vorstehen den beschrieben durchgeführt werden.

Wenn, als Beispiel, in dem ersten Diffusionsschritt das Binde metall zuerst mit dem Taumelscheibenkörper in Verbindung ge bracht werden soll, so wird in dem ersten Diffusionsschritt der Taumelscheibenkörper zunächst erwärmt und dann das Bindemetall mit der Bindefläche in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist das Bindemetall von stabförmiger Gestalt. Durch Reiben des Stabes an der Bindefläche wird das stabförmige Bindeelement ge schmolzen und wird im geschmolzenen Zustand mit der Bindefläche in Kontakt gebracht. Als Folge davon kann das Bindemetall leichter in den Taumelscheibenkörper diffundiert werden. Wenn das Bindemetall im geschmolzenen Zustand mit der Bindefläche in Kontakt gebracht wird, so besteht eine weitere Möglichkeit, ein leichtes Diffundieren des Bindemetalls in diesem Zustand in den Taumelscheibenkörper zu erreichen, darin, die Bindefläche mit einem Ultraschallvibrator anzureiben. Es sei angemerkt, daß in dem ersten Diffusionsschritt die gleiche Vorgehensweise auch für den Fall gilt, daß das Bindemetall zuerst in die Gleit platte diffundiert wird.

Wenn eine Behandlung mit diesen Bindeflächenreibungmitteln an gewendet wird, zum Beispiel das Reiben mit dem Stab und das Reiben mit dem Ultraschallvibrator, ist es möglich, Spannungen in der Bindefläche zu erzeugen und die Diffusion weiter so zu entwickeln, daß die Spannungen abgebaut werden. Wenn die Binde flächenreibungsmittel verwendet werden, ist es möglich, auf die Anwendung der Flußmittelbehandlung der Bindefläche zu verzich ten. Ist der Taumelscheibenkörper beispielsweise aus duktilem Gußeisen hergestellt, dann ist die Bindefläche - aufgrund des Einflusses des kugelförmig ausgebildeten Graphits - nur schlecht benetzbar. Durch die Bindeflächenreibungsmittel ist jedoch ein leichtes Diffundieren des Bindemetalls in die Binde fläche auch ohne eine Flußmittelbehandlung derselben möglich. Damit ist es möglich, die Taumelscheibenkörper schnell und mit weniger Kosten herzustellen.

Es sei angemerkt, daß, wenn das geschmolzene Bindemetall mit der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers oder mit der Binde fläche der Gleitplatte in Kontakt gebracht wird, der Teil des Bindemetalls, der nicht diffundiert wird, sondern zurückbleibt, die Bindefläche bedecken wird. Am Ende des ersten Diffusions schrittes können der Taumelscheibenkörper oder die Gleitplatte abgekühlt werden, um das Bindemetall, welches die Oberfläche bedeckt, zunächst einmal erstarren zu lassen, bevor der Taumel scheibenkörper bzw. die Gleitplatte dem zweiten Prozeßschritt des Übereinanderanordnens zugeführt wird. Es ist aber auch mög lich, den Taumelscheibenkörper bzw. die Gleitplatte so wie sie sind, d. h. ohne Abkühlen des geschmolzenen Bindemetalls, dem nächsten Sehritt zuzuführen.

Im zweiten Prozeßschritt des Übereinanderanordnens wird das Bindemetall in die Seite diffundiert, in die das Bindemetall im ersten Diffusionsschritt nicht diffundiert wurde; nachfolgend wird das Bindemetall durch Abkühlen erstarren gelassen und so die Bindung vervollständigt. Es ist möglich, Mittel zum Anwen den eines Drucks auf den Taumelscheibenkörper und die Gleit platte etc. zu verwenden, wie bereits beschrieben.

Es gibt noch ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Taumel scheibe durch Diffusion des Bindemetalls. Dieses Verfahren kann ebenfalls Anwendung finden. Das Verfahren umfaßt: Diffundieren des Bindemetalls in den Taumelscheibenkörper durch Inkontakt bringen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem Bindemetall im geschmolzenen Zustand; Diffundieren des Binde metalls in die Gleitplatte durch Inkontaktbringen der Binde fläche der Gleitplatte mit dem Bindemetall im geschmolzenen Zustand; und, nach den Diffusionsschritten, Übereinanderanord nen des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte, um die Bindeflächen in Kontakt zu bringen, Schmelzen des Bindemetalls durch Einwirkung von Wärme und nachfolgendes Erstarrenlassen des Bindemetalls durch Abkühlen, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden. Im einzelnen werden bei diesem Verfahren, nachdem das Bindemetall vorab jeweils in den Taumelscheibenkörper und in die Gleitplatte diffundiert wurde, der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte übereinander ange ordnet, um sie zu verbinden.

Beim Inkontaktbringen der jeweiligen Bindeflächen mit dem ge schmolzenen Bindemetall in dem ersten und zweiten Diffusions schritt wird das Bindemetall, welches undiffundiert bleibt, die Oberflächen bedecken. Durch Übereinanderanordnen des Taumel scheibenkörpers und der Gleitplatte, um die jeweiligen Binde flächen in Kontakt zu bringen, und durch Erhitzen derselben werden die jeweiligen Bindemetalle miteinander verschmolzen und dann durch Abkühlen erstarren gelassen, um so die Bindung zu vervollständigen. Ähnlich wie bei den im vorstehenden erwähnten Herstellungsverfahren besteht auch hier die Möglichkeit, in dem ersten und/oder zweiten Diffusionsschritt die Bindeflächenrei bungsmittel zu verwenden.

Am Ende des ersten Diffusionsschrittes oder des zweiten Diffu sionsschrittes können bzw. kann der Taumelscheibenkörper und/oder die Gleitplatte abgekühlt werden, um zunächst einmal die Bindemetalle, welche die Oberflächen bedecken, erstarren zu lassen, und dann zum dritten Verfahrensschritt des Verbindens überzugehen. Alternativ ist es möglich, den Taumelscheibenkör per und die Gleitplatte nicht abzukühlen, sondern sie mit dem Bindemetall noch im geschmolzenen Zustand zum dritten Verfah rensschritt des Verbindens zu überführen. Wenn die Bindemetalle abgekühlt werden, um die Bindemetalle zunächst einmal erstarren zu lassen, wird es bevorzugt, die Oberfläche des erstarrten Bindemetalls einer Flußmittelbehandlung zu unterziehen. Die Verwendung von Mitteln zum Anwenden eines Drucks auf den Tau melscheibenkörper und die Gleitplatte etc. ist wie im vorste henden beschrieben möglich.

Binden mit Diffusion zweier Bindemetalle

Beim Binden (Bonden) mit Diffusion des Bindemetalls ist es möglich, eine Bindungsanordnung zu verwenden, bei der das in den Taumelscheibenkörper diffundierte Bindemetall von dem in die Gleitplatte diffundierten Bindemetall verschieden ist. Im einzelnen handelt es sich um eine Taumelscheibe, welche eine Gradienten-Diffusionsschicht aufweist, bei der ein erstes Bindemetall hauptsächlich in den Taumelscheibenkörper diffun diert ist und ein zweites Bindemetall hauptsächlich in die Gleitplatte diffundiert ist. Die Taumelscheibe wird unter Bezugnahme auf die bereits erwähnte Fig. 3 beschrieben. Das erste Bindemetall wird in den taumelscheibenkörperseitigen Diffusionsbereich 4b der Gradienten-Diffusionsschicht 4 diffundiert, und das zweite Bindemetall wird in den gleit plattenseitigen Diffusionsbereich 4c der Gradienten-Diffu sionsschicht 4 diffundiert. Das mittige Metall des mittigen Bereichs 4a ist dann ein Metall, in dem das erste Bindemetall und das zweite Bindemetall kombiniert sind.

Hierin bedeutet der Ausdruck: "das erste Bindemetall und das zweite Bindemetall sind kombiniert", daß die jeweiligen Metalle auf atomarer Ebene miteinander verschmolzen sind. Die Zusammen setzung des mittleren Metalls muß nicht unbedingt eine Zusam mensetzung sein, in der nur das erste und zweite Bindemetall miteinander verschmolzen vorliegen. Die Zusammensetzung wird auch von der Diffusion des Eisens aus dem Taumelscheibenkörper und der Diffusion der Al-Legierung aus der Gleitplatte beein flußt. Weiter machen die Menge des zwischengeschalteten ersten Bindemetalls und die Menge des zwischengeschalteten zweiten Bindemetalls die Zusammensetzung veränderlich.

Außerdem können die spezifischen Anordnungen der im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für die Taumelscheibe die Zusammensetzung des taumelscheibenkörpersei tigen Diffusionsbereichs 4b und des gleitplattenseitigen Diffu sionsbereichs 4c verändern. So kann zum Beispiel, auch wenn das erste Bindemetall zuerst in die Taumelscheibenkörperseite dif fundiert wird, durch das nachfolgende Zwischenschalten des zweiten Bindemetalls ein Teil des zweiten Bindemetalls diffun diert werden. Auf der anderen Seite kann das erste Bindemetall in die Gleitplatte diffundiert werden. In Anbetracht dieser Phänomene wird in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck verwendet, daß das erste Bindemetall "hauptsächlich" in den Taumelscheibenkörper diffundiert wird, und das zweite Binde metall "hauptsächlich" in die Gleitplatte diffundiert wird.

Die Vorteile, die aus der Verwendung von zwei Bindemetallen und der Diffusion der verschiedenen Bindemetalle gewonnen werden, sind folgende. Wie bereits beschrieben, ist es möglich, die Gradienten-Diffusionsschicht auszubilden, welche einen Diffu sionsbereich aufweist, der geeignet ist für den Eisenwerkstoff, welcher die Taumelscheibenkörper bildet, und einen Diffusions bereich, der geeignet ist für die Al-Legierung, welche die Gleitplatte bildet, und infolgedessen ist es möglich, ein gün stigeres Bindungsvermögen zu erhalten. Im Hinblick auf das Dif fundieren des Bindemetalls im geschmolzenen Zustand ist es zu bevorzugen, wie im vorstehenden beschrieben, daß das erste, in den Taumelscheibenkörper 2 diffundierte Bindemetall einen nied rigeren Schmelzpunkt aufweist als das zweite Bindemetall, wel ches in die Gleitplatte diffundiert wird. Mit dieser Anordnung kann das Bindemetall wirksamer in den Eisenwerkstoff diffun diert werden, der eine niedrige Diffusionsrate aufweist, und die Bindung kann bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt wer den. Als eine Folge davon ist es möglich, die bei Eisenwerk stoffen auftretende Warmbrüchigkeit zu unterdrücken und eine Verschlechterung der Festigkeit der Taumelscheibe selbst zu unterbinden.

Die Dicke des taumelscheibenkörperseitigen Diffusions bereichs 4b und des gleitplattenseitigen Diffusionsbereichs 4c der Gradienten-Diffusionsschicht 4 sowie die Gesamtdicke der Gradienten-Diffusionsschicht 4 sind bevorzugt in den oben erwähnten geeigneten Bereichen angesiedelt, aus Gründen, wie sie ebenfalls bereits beschrieben wurden.

Wie im vorstehenden beschrieben, kommt als zweites Bindemetall bevorzugt eine Zn-Legierung zur Verwendung. In diesem Fall ist das erste Bindemetall vorzugsweise eine Sn-Legierung. Die Sn- Legierung hat einen tieferen Schmelzpunkt als die Zn-Legierung.

Außerdem vermag die Sn-Legierung die Ausbildung einer günstigen Diffusionsschicht zwischen der Sn-Legierung und dem Eisenwerk stoff zu bewirken und zeigt ein gutes Schmelzvermögen mit der Zn-Legierung.

Wie im vorstehenden erwähnt, kommt von den Zn-Legierungen be vorzugt eine Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Ge halt von 0,1 bis 0,8 Gew.-% und einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen, zur Verwendung. Betreffend das erste Bindemetall ist einer Sn-Le gierung mit einem Sn-Gehalt von 30 bis 75 Gew.-%, einem Zn-Ge halt von 6 bis 30 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 4 Gew.-% und einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, Rest Al und unver meidliche Verunreinigungen, der Vorzug zu geben. Eine Sn-Legie rung, die diese Zusammensetzung aufweist, ist bei verhältnis mäßig niederen Temperaturen schmelzbar und ermöglicht es, die Bindung mit hinreichender Diffusion bei Temperaturen von 180 bis 340°C zu erzeugen.

Die in der Sn-Legierung enthaltene Menge an Sn kann bevorzugt 30 bis 75 Gew.-% betragen. Wenn der Sn-Gehalt weniger als 30 Gew.-% beträgt, wird der Schmelzpunkt nicht erniedrigt, die Arbeitstemperatur steigt, und die Legierung formiert sich nicht gut mit dem zweiten Bindemetall. Überschreitet dagegen der Ge halt einen Wert von 75 Gew.-%, so bilden sich grobe intermetal lische Verbindungen, und nicht nur ist die Legierung spröde, sondern es verschlechtert sich auch die Korrosionsbeständigkeit der Diffusionsschicht. Zn bewirkt nicht nur eine Verbesserung der Diffusionsfähigkeit in den Aluminium-Grundwerkstoff und in den Körper aus Eisenwerkstoff, sondern wirkt auch fließfähig keitsverbessernd im Bindungsvorgang. Bei Zn-Gehalten von weni ger als 6 Gew.-% fällt die die Diffusionsfähigkeit in das Alu minium verbessernde Wirkung schwach aus, und die Festigkeit der Bindung ist gering. Gehalte von über 30% verschlechtern nicht nur die Zähigkeit, sondern erhöhen auch den Schmelzpunkt und verschlechtern die Handhabbarkeit. Si verbessert das Fließver mögen des Bindemetalls und bewirkt nicht nur eine Verbesserung der Handhabbarkeit, sondern wirkt auch festigkeitsverbessernd. Wenn der Gehalt an Si 0,6 Gew.-% unterschreitet, kommen die Vorteile nur mangelhaft zur Geltung. Gehalte über 4 Gew.-% haben eine Anhebung des Schmelzpunktes, eine Verschlechterung der Handhabbarkeit und eine unbefriedigende Zähigkeit zur Folge. Cr bewirkt eine Festigung der kristallinen Korngrenzen, wirkt festigkeitsverbessernd und wirkt sich hemmend auf die Spannungskorrosionsrißbildung aus. Mit Cr-Gehalten von weniger als 0,1 Gew.-% kommen die obengenannten Vorteile nur mangelhaft zur Geltung. Überschreitet der Gehalt 0,8 Gew.-%, entstehen grobe intermetallische Verbindungen und die Zähigkeit wird her abgesetzt. Al bewirkt eine Verbesserung der Kompatibilität mit der Oberfläche des Grundmaterials bei der Bindung, steigert die Benetzbarkeit und bewirkt eine feste Bindung zwischen Taumel scheibenkörper und Gleitplatte. Der Al-Gehalt ist die restliche Menge der Zusammensetzung nach Abzug der vorgenannten Anteile von Sn, Zn, Si und Cr.

Bei der Herstellung einer Taumelscheibe, bei der der Taumel scheibenkörper und die Gleitplatte durch Diffusion der zwei Bindemetalle miteinander verbunden werden, kann die Taumel scheibe dadurch hergestellt werden, daß der Taumelscheibenkör per und die Gleitplatte auf folgende Weise verbunden werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Zwischen schalten eines ersten Bindemetalls auf der Seite des Taumel scheibenkörpers zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte; Zwischenschalten eines zweiten Bindemetalls auf der Seite der Gleitplatte zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte, wobei sowohl das erste Bindemetall wie auch das zweite Bindemetall im geschmolzenen Zustand vorliegen; und Diffundieren des ersten Bindemetalls hauptsächlich in den Tau melscheibenkörper und Diffundieren des zweiten Bindemetalls hauptsächlich in die Gleitplatte, um so den Taumelscheibenkör per und die Gleitplatte zu verbinden. Im einzelnen stehen eine Reihe von Herstellungsverfahren zur Verfügung, die im folgenden ausführlich beschrieben werden.

So besteht beispielsweise eine Methode darin, das erste Binde metall in den Taumelscheibenkörper zu diffundieren, indem die Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem ersten Bindeme tall im geschmolzenen Zustand in Kontakt gebracht wird das zweite Bindemetall in die Gleitplatte zu diffundieren, indem die Bindefläche der Gleitplatte mit dem zweiten Bindemetall im geschmolzenen Zustand in Kontakt gebracht wird; und nach den Diffusionsschritten den Taumelscheibenkörper und die Gleit platte übereinander anzuordnen, so daß die jeweiligen Bindeflä chen in Kontakt gebracht werden, das erste Bindemetall und das zweite Bindemetall durch Einwirkung von Wärme zu verschmelzen und nachfolgend die geschmolzenen Metalle durch Abkühlen er starren zu lassen, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden.

Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Verfahren können der er ste Diffusionsschritt und der zweite Diffusionsschritt durchge führt werden durch Erwärmen des Taumelscheibenkörpers bzw. der Gleitplatte und Inkontaktbringen des ersten Bindemetalls und des zweiten Bindemetalls mit den entsprechenden Bindeflächen. Hierbei ist es möglich, die im vorstehenden erwähnten Bindeflä chenreibungsmittel zu verwenden. Wenn die Bindeflächen einer Flußmittelbehandlung unterworfen werden, kann die Flußmittelbe handlung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt werden.

Am Ende des ersten Diffusionsschrittes oder des zweiten Diffu sionsschrittes können bzw. kann der Taumelscheibenkörper und/oder die Gleitplatte abgekühlt werden, um zunächst einmal die jeweiligen Bindemetalle, welche die Oberflächen bedecken, erstarren zu lassen, bevor zum dritten Verfahrensschritt des Übereinanderanordnens übergegangen wird. Es ist auch möglich, die beiden Teile nicht zu kühlen und sie mit dem jeweiligen Bindemetall im geschmolzenen Zustand dem dritten Prozeßschritt des Übereinanderanordnens zuzuführen. Wenn die Bindemetalle abgekühlt werden, um die Bindemetalle erst einmal erstarren zu lassen, wird es bevorzugt, die Oberfläche des erstarrten Binde metalls einer Flußmittelbehandlung zu unterziehen. In dem drit ten Prozeßschritt des Übereinanderanordnens können Mittel zum Anwenden eines Drucks auf den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte etc. verwendet werden wie im vorstehenden beschrieben.

Als weiteres Herstellungsverfahren ist es möglich, ein Verfah ren zu verwenden, welches umfaßt: Diffundieren des ersten Bin demetalls in den Taumelscheibenkörper durch Inkontaktbringen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem ersten Binde metall im geschmolzenen Zustand; Bedecken der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers, in den das erste Bindemetall diffundiert wurde, mit dem zweiten Bindemetall durch Inkontaktbringen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem zweiten Binde metall im geschmolzenen Zustand, und, nach dem Schritt des Bedeckens, Inkontaktbringen der Bindefläche der Gleitplatte mit der mit dem zweiten Bindemetall bedeckten Bindefläche des Tau melscheibenkörpers, Diffundieren des zweiten Bindemetalls in die Gleitplatte unter Einwirkung von Wärme und nachfolgendes Erstarrenlassen der Bindemetalle durch Abkühlen, um so den Tau melscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden.

Wenn dieses Verfahren verwendet wird, wird ein Teil von dem ersten Bindemetall, welches zuerst in den Taumelscheibenkörper diffundiert wird, ohne diffundiert zu werden zurückbleiben und die Oberfläche des Taumelscheibenkörpers bedecken. Es besteht die Möglichkeit, an diesem Punkt das zweite Bindemetall im ge schmolzenen Zustand mit der Gleitplatte in Kontakt zu bringen. Damit wird es möglich, den Herstellungsprozeß zu verkürzen.

Wenn ein Teil von dem ersten Bindemetall nicht diffundiert wird, sondern in einer großen Menge zurückbleibt, wird das zweite Bindemetall mit dem geschmolzenen ersten Bindemetall verschmolzen. In diesem Fall wird das geschmolzene Bindemetall in dem sich anschließenden dritten Schritt des Inkontaktbrin gens diffundiert. Bei diesem spezifischen Herstellungsprozeß wird die Diffusion des geschmolzenen Bindemetalls in die Gleit platte ebenfalls von dem Gedanken erfaßt, der hinter dem Aus druck "daß das zweite Bindemetall hauptsächlich in die Gleit platte diffundiert wird" steht.

Bei der Diffusion des ersten Bindemetalls in den Taumelschei benkörper in dem ersten Diffusionsschritt ist es möglich, die Bindeflächenreibungsmittel zu verwenden wie im vorstehenden er wähnt. Eine Flußmittelbehandlung der Bindeflächen kann gegebe nenfalls in der im vorstehenden beschriebenen Art und Weise durchgeführt werden. Am Ende des ersten Diffusionsschrittes oder des zweiten Prozeßschrittes des Bedeckens kann der Taumel scheibenkörper dem zweiten Prozeßschritt des Bedeckens bzw. dem dritten Prozeßschritt des Inkontaktbringens zugeführt werden, nachdem der Taumelscheibenkörper gekühlt wurde, um das ge schmolzene Metall, welches die Oberflächen bedeckt, zunächst einmal erstarren zu lassen. Es ist auch möglich, den Taumel scheibenkörper ohne Abkühlung dem nächsten Schritt zuzuführen, so daß das Bindemetall in einem geschmolzenen Zustand bleibt.

In dem dritten Prozeßschritt des Inkontaktbringens werden die Bindemetalle in die Gleitplatte diffundiert, und nachfolgend werden die Bindemetalle durch Abkühlen erstarren gelassen, um die Bindung zu vervollständigen. Mittel zum Anwenden eines Drucks auf den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte etc. können auf die gleiche Weise wie oben beschrieben verwendet werden.

Es wurden verschiedene Ausführungsvarianten zu dem "Binden mit Diffusion des Bindemetalls" und dem "Binden mit Diffusion zweier Bindemetalle" beschrieben. Es versteht sich, daß diese lediglich als beispielhaft zu betrachten sind. Für den Fachmann wäre es problemlos möglich, die vorliegende Erfindung vielfäl tig abzuwandeln und zu verfeinern.

Nachdem nun die Erfindung im allgemeinen beschrieben wurde, wird die Erfindung anhand der spezifischen bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele noch näher erläutert, wobei letztere als bei spielhaft zu verstehen sind und den Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, nicht ein schränken sollen.

In den folgenden Beispielen wurden verschiedene Bindungen in Einklang mit den im vorstehenden beschriebenen Ausführungsfor men versucht. Sodann wurden die Bindungen zwischen dem Taumel scheibenkörper und der Gleitplatte, die für die erfindungs gemäße Taumelscheibe verwendet wurden, einer Bewertung unter zogen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel untersucht die Bindung, die durch Diffundieren des Bindemetalls hergestellt wurde. Der Taumelscheibenkörper war aus gegossenem FCD70 (gemäß JIS) hergestellt, die Gleit platte war aus geschmiedetem A390 (Al-17Si-4,5Cu-0,6Mg gemäß JIS) hergestellt. Die jeweiligen Bindeflächen hatten Ringge stalt, umschlossen von einem ersten Kreis mit 70 mm Durchmesser und einem zweiten Kreis, der einen Durchmesser von 40 mm hatte und konzentrisch mit dem ersten Kreis war. Als Bindemetall wur den Zn-Legierungen verwendet, deren jeweilige Zusammensetzungen der untenstehenden Tabelle 1 zu entnehmen sind. Beispielsweise war Zn4 eine Zn-Legierung, deren Zusammensetzung außerhalb der im vorstehenden genannten weiter bevorzugten Bereiche lag, wie sie in den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind. Es sei darauf hingewiesen, daß als Flußmittel eine Suspension ver wendet wurde, die hauptsächlich aus NaF, CaCl und SnF bestand. NaF, CaCl und SnF wurden in wasserfreiem Methanol in einer Kon zentration von 50% dispergiert.

Tabelle 1

Zunächst wurden die Bindeflächen des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte mit einem Bindemetall beschichtet. Bei der Be schichtung wurden der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte vorab auf eine vorbestimmte Bindetemperatur von 350 bis 450°C erhitzt, und das Bindemetall wurde angerieben. Hierin bedeutet die vorbestimmte Temperatur eine Arbeitstemperatur, die in An passung an die Bindemetalle geeignet variierte; die konkreten Werte sind in der untenstehenden Tabelle 2 aufgeführt. Durch diese Vorgänge entstand eine feste Beschichtungslage dadurch, daß eine Diffusionsschicht in dem Taumelscheibenkörper oder der Gleitplatte und eine aus dem Bindemetall bestehende Schicht erzeugt wurde.

Nachfolgend wurde das Bindemetall, welches die jeweiligen Bin deflächen des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte be deckte, einer Flußmittelbehandlung unterworfen. Der Taumel scheibenkörper und die Gleitplatten wurden übereinander ange ordnet, so daß die Bindemetalle in Kontakt miteinander gebracht wurden. Sodann wurde unter Anwendung von Druck auf die Unter gruppe unter Zuhilfenahme einer Presse in Stickstoffatmosphäre die Untergruppe bei den Bindetemperaturen gemäß Tabelle 2 für 1 Minute erhitzt. Auf diese Weise wurden der Taumelscheiben körper und die Gleitplatte verbunden.

Nach dem Binden wurde die Taumelscheibe auf Raumtemperatur ge kühlt. Die Taumelscheibe wurde auf Vorhandensein von Blasenbil dung, Füllvermögen des Bindemetalls, äußeres Erscheinungsbild und Dauerhaftigkeit untersucht. Die Bewertung erfolgte in bezug auf das Vorhandensein von Blasenbildung und das äußere Erschei nungsbild aufgrund visueller Beobachtung. Das Füllvermögen des Bindemetalls wurde anhand einer Röntgenstrahluntersuchung beob achtet. Zur Bewertung der Dauerhaftigkeit wurde die Taumel scheibe in eine bestimmte Form gearbeitet und dann in einen realen Verdichter mit variabler Förderleistung eingebaut. Der Verdichter wurde betrieben, und die Bewertung der Dauerhaftig keit erfolgte anhand dessen, ob anormale Erscheinungen auftra ten oder nicht.

Zur Bewertung der Bindungsfestigkeit wurde eine als Stoßverbin dung hergestellte stabförmige Probe, wie in Fig. 4(a) gezeigt, und eine als Überlappverbindung hergestellte Probe, wie in Fig. 4(b) gezeigt, durch Verbinden in der im vorstehenden be schriebenen Weise erzeugt. Auf die jeweiligen Proben wurde mit Hilfe einer Zugprüfmaschine eine Zugkraft wirken gelassen. Auf diese Weise wurden die Bindungsfestigkeiten der jeweiligen Bin dungsverfahren bewertet.

Die untenstehende Tabelle 2 liefert eine Zusammenfassung der Bewertungsergebnisse, die für die jeweiligen Bindungsanordnun gen erhalten wurden.

Tabelle 2

Aus Tabelle 2 ist zu erkennen, daß bis auf das Beispiel #1-4, bei dem die Zn-Legierung verwendet wurde, die außerhalb des weiter bevorzugten Bereichs lag, alle Beispiele günstige Bewer tungsergebnisse in bezug auf das Vorhandensein von Blasenbil dung, das äußere Erscheinungsbild, das Füllvermögen des Binde metalls, die Dauerhaftigkeit in der realen Maschine und die Bindungsfestigkeit erzielten. Damit wurde bestätigt, daß dort, wo die Zn-Legierungen, deren Zusammensetzungen in den geeigne ten Bereich fielen, als Bindemetall verwendet wurden, im Tempe raturbereich von 300 bis 450°C eine Bindung zwischen dem Tau melscheibenkörper aus Eisenwerkstoff und der Gleitplatte aus Al-Legierung erhalten werden konnte, die ein gutes Eigen schaftsbild zeigt. Es möge beachtet werden, daß im Dauerhaftig keitstest bei allen Taumelscheiben kein Fressen zwischen den Schuhen und der Taumelscheibe auftrat, und zwar auch nicht unter schweren Bedingungen, wie z. B. Schlammbildung.

Beispiel 2

Dieses Beispiel umfaßt einen Test, welcher der Bewertung der Bindungen dienen sollte, die durch Diffusion von zwei Binde metallen erzeugt wurden. In diesem Beispiel wurde der Dauerhaf tigkeitstest, bei dem die Taumelscheiben in der realen Maschine installiert werden, nicht durchgeführt. Die Untersuchung er folgte lediglich an den Proben. Ähnlich wie im vorstehenden unter Beispiel 1 beschrieben, bestanden die Probestücke aus der stabartigen Stoßverbindung wie in Fig. 4(a) gezeigt und der Überlappverbindung wie in Fig. 4(b) gezeigt, hergestellt aus dem FCD70-Gußteil bzw. dem A390-Schmiedeteil.

Als erste Bindemetalle wurden in diesem Beispiel die Sn-Legie rungen verwendet, deren Zusammensetzungen der untenstehenden Tabelle 3 zu entnehmen sind. Die zweiten Bindemetalle bestanden aus den Zn-Legierungen, deren Zusammensetzungen in der obigen Tabelle 1 angegeben sind. Beispielsweise war Sn4 eine Sn-Legie rung, deren Zusammensetzung außerhalb der im vorstehenden er wähnten Bereiche lag, wie sie in den bevorzugten Ausführungs formen beschrieben sind. Die Kombinationen aus den ersten Bin demetallen und den zweiten Bindemetallen in den Bindungen sind in der untenstehenden Tabelle 4 angeführt. Es möge beachtet werden, daß in diesem Beispiel auch Probestücke hergestellt wurden, die ohne die Zn-Legierungen (d. h. ohne die zweiten Bin demetalle) verbunden wurden.

Tabelle 3

Zunächst wurde die Sn-Legierung in die Bindefläche des aus dem FCD70-Grundmaterial hergestellten Probestücks diffundiert. Der Diffusionsprozeß wurde wie folgt durchgeführt. Der FCD70-Grund werkstoff, der keiner Flußmittelbehandlung unterworfen wurde, wurde erwärmt, und die Sn-Legierung wurde im geschmolzenen Zustand mit der Bindefläche in Kontakt gebracht. Unter diesen Bedingungen wurde, über die Betätigung eines Ultraschall vibrators, die Bindefläche mit einem Spatel angerieben. Der Spatel bestand aus rostfreiem Stahl und war an dem Vibrator angebracht.

Sodann wurde die Zn-Legierung im geschmolzenen Zustand mit der Bindefläche in Kontakt gebracht. Mit den Bindemetallen im ge schmolzenen Zustand wurde die Bindefläche des A390-Grundwerk stoffs über die geschmolzenen Metalle gelegt. Die Grundwerk stoffe wurden für weitere 2 Minuten erhitzt und anschließend abgekühlt. Auf diese Weise wurden die beiden Grundwerkstoffe miteinander verbunden. Die Bindetemperaturen der jeweiligen Bindungen sind aus der untenstehenden Tabelle 4 zu entnehmen.

Nach dem Binden wurden die Probestücke auf Raumtemperatur abge kühlt. Anschließend wurden die Probestücke auf das Vorhanden sein von Blasenbildung, das Füllvermögen des Bindemetalls, das äußere Erscheinungsbild und die Bindungsfestigkeit untersucht. Die Bewertungen wurden auf die gleiche Weise wie unter Bei spiel 1 beschrieben durchgeführt. Die Bewertungsergebnisse zeigt die untenstehende Tabelle 4.

Tabelle 4

Aus Tabelle 4 ist zu erkennen, daß bis auf das Beispiel #2-4, bei dem die Zn-Legierung nicht zur Verwendung kam, sondern lediglich die Sn-Legierung als Bindemetall eingesetzt wurde, alle Beispiele gute Bewertungsergebnisse in bezug auf Blasen bildung, äußeres Erscheinungsbild, Füllvermögen der Bindeme talle und Bindungsfestigkeit erzielten. Damit wurde nachgewie sen, daß dort, wo die Sn-Legierung und die Zn-Legierung in ge eigneten Zusammensetzungen als Bindematerialien verwendet wur den, die Bindungen zwischen den Taumelscheibenkörpern aus Eisenwerkstoff und den Gleitplatten aus Al-Legierung günstige Eigenschaften zeigten, und zwar ohne eine Flußmittelbehandlung und bei niedriggehaltenen Bindetemperaturen in einem Bereich von 320 bis 380°C.

Beispiel 3

Dieses Beispiel umfaßt einen Test zur Bewertung der Bindungen, die durch Diffusion von zwei Bindemetallen erzeugt wurden. In diesem Beispiel wurden folgende Anordnungen verwendet: eine Bindungsanordnung, bei der Löcher in der Bindefläche des Tau melscheibenkörpers und in der Bindefläche der Gleitplatte vor gesehen waren, und eine Bindungsanordnung, bei der Rillen in der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers vorgesehen waren. Ähnlich wie in Beispiel 1 wurden Taumelscheiben aus FCD70-Guß teilen und Gleitplatten aus A390-Schmiedeteilen verwendet. Die jeweiligen Bindeflächen waren so gestaltet, daß sie von einem ersten Kreis mit 70 mm Durchmesser und einem mit dem ersten Kreis konzentrischen zweiten Kreis von 40 mm Durchmesser um schlossen waren.

Bei der Anordnung mit den Löchern in der Bindefläche des Tau melscheibenkörpers und der Gleitplatte waren die Löcher so ge arbeitet, daß sie an vier gleichabständigen Stellen in den je weiligen Bindeflächen angeordnet waren. Die einzelnen Löcher hatten einen Durchmesser von 2 mm und eine Tiefe von 3 mm. Die Anordnung mit den Rillen im Taumelscheibenkörper wies drei Ril len auf. Die drei Rillen waren ringförmig, mit einer Breite von 1,5 mm und einer Tiefe von 0,7 mm ausgeführt.

Als erstes Bindemetall wurden die Sn-Legierungen verwendet, deren Zusammensetzungen in der obenstehenden Tabelle 3 angege ben sind. Als zweites Bindemetall kamen die Zn-Legierungen mit den Zusammensetzungen gemäß Tabelle 1 zur Verwendung. Die Kom binationen aus den ersten Bindemetallen und den zweiten Binde metallen sind der untenstehenden Tabelle 5 zu entnehmen. Es möge beachtet werden, daß auch in diesem Beispiel Probestücke hergestellt wurden, die ohne die Zn-Legierungen (d. h. ohne die zweiten Bindemetalle) verbunden wurden.

Zunächst wurde die Sn-Legierung in die Bindefläche des Taumel scheibenkörpers diffundiert. Der Diffusionsprozeß wurde auf die gleiche Weise durchgeführt, wie unter Beispiel 2 beschrieben. Der Taumelscheibenkörper, der keiner Flußmittelbehandlung un terworfen wurde, wurde erwärmt, und die Sn-Legierung wurde im geschmolzenen Zustand mit der Bindefläche in Kontakt gebracht. Unter diesen Bedingungen wurde, über die Betätigung eines Ultraschallvibrators, die Bindefläche mit einem Spatel ange rieben. Der Spatel bestand aus rostfreiem Stahl und war an dem Vibrator angebracht.

Anschließend wurde, in ähnlicher Weise wie in Beispiel 2, die Zn-Legierung im geschmolzenen Zustand mit der Bindefläche in Kontakt gebracht. Mit den Bindemetallen im geschmolzenen Zu stand wurde die Bindefläche der Gleitplatte über die geschmol zenen Metalle gelegt. Die Probestücke wurden unter Einwirkung einer leichten Belastung im Bereich von 4 bis 8 t gepreßt und für 30 Sekunden stetig erwärmt; anschließend wurden der Taumel scheibenkörper und die Gleitplatten abgekühlt. Auf diese Weise wurden der Taumelscheibenkörper und die Gleitplatten verbunden. Die Bindetemperaturen der jeweiligen Bindungen sind aus der un tenstehenden Tabelle 5 zu ersehen. Es sei beachtet, daß in den jeweiligen Beispielen die Bewertungen an der Bindungsanordnung mit den in die Bindefläche gebohrten Löchern und an der Bin dungsanordnung mit den in der Bindefläche gebildeten Rillen erfolgte.

Nach dem Binden wurden die Probestücke auf Raumtemperatur abge kühlt. Anschließend wurden die Probestücke auf das Vorhanden sein von Blasenbildung, das Füllvermögen des Bindemetalls, das äußere Erscheinungsbild, die Bindungsfestigkeit und die Dauer haftigkeit in der realen Maschine untersucht. Die Bewertungen wurden in der gleichen Weise wie unter Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Die Resultate der Bewertungen zeigt die unten stehende Tabelle 5.

Tabelle 5

Aus Tabelle 5 ist zu erkennen, daß bis auf das Beispiel #3-3, bei dem die Zn-Legierung nicht zur Verwendung kam, sondern lediglich die Sn-Legierung als Bindemetall benutzt wurde, alle Beispiele gute Bewertungsergebnisse in bezug auf Blasenbildung, äußeres Erscheinungsbild, Füllvermögen der Bindemetalle und Dauerhaftigkeitstest im realen Verdichter erzielten. Damit wurde nachgewiesen, daß dort, wo die Sn-Legierung und die Zn- Legierung in geeigneten Zusammensetzungen als Bindemetalle ver wendet wurden, auch mit Löchern oder Rillen in den Bindeflä chen, die Bindungen zwischen den Taumelscheibenkörpern aus Eisenwerkstoff und den Gleitplatten aus Al-Legierung günstige Eigenschaften zeigten, und zwar ohne Flußmittelbehandlung und bei niedriggehaltenen Bindetemperaturen in einem Bereich von 320 bis 380°C.

Nachdem nun die Erfindung im vorstehenden vollständig beschrie ben wurde, wird für den Fachmann ohne weiteres erkennbar sein, daß die Erfindung vielfältig abgeändert und modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims

1. Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter, wobei die Taumelscheibe umfaßt:
einen Taumelscheibenkörper aus einem Eisenwerkstoff und
eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, welche eine Gleitfläche bildet und aus einer Al-Legierung hergestellt ist.

2. Taumelscheibe nach Anspruch 1, bei der ein Bindemetall in einem Verbindungsbereich zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Platte zwischengeschaltet ist.

3. Taumelscheibe nach Anspruch 2, welche eine Gradienten- Diffusionsschicht in dem Verbindungsbereich aufweist, bei der das Bindemetall sowohl in den Taumelscheibenkörper wie auch in die Gleitplatte diffundiert ist.

4. Taumelscheibe nach Anspruch 3, bei der das Bindemetall eine Zn-Legierung ist mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreini gungen.

5. Taumelscheibe nach Anspruch 2, bei der das Bindemetall dadurch hergestellt ist, daß zwei Bindemetalle, nämlich ein erstes Bindemetall und ein zweites Bindemetall, kombiniert werden; und wobei der Verbindungsbereich eine Gradienten-Diffusions schicht aufweist, bei der das erste Bindemetall haupt sächlich in den Taumelscheibenkörper diffundiert ist und das zweite Bindemetall hauptsächlich in die Gleitplatte diffundiert ist.

6. Taumelscheibe nach Anspruch 5, bei der das erste Binde metall einen tieferen Schmelzpunkt aufweist als das zweite Bindemetall.

7. Taumelscheibe nach Anspruch 6, bei der das erste Binde metall eine Sn-Legierung ist mit einem Sn-Gehalt von 30 bis 75 Gew.-%, einem Zn-Gehalt von 6 bis 30 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 4 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreini gungen; und das zweite Bindemetall eine Zn-Legierung ist mit einem Zn- Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeid liche Verunreinigungen.

8. Taumelscheibe nach Anspruch 1, bei der ein Loch oder eine Rille in der Oberfläche des Taumelscheibenkörpers, mit der die Gleitplatte verbunden ist, und/oder in der Oberfläche der Gleitplatte, mit der der Taumelscheibenkörper verbun den ist, vorgesehen ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter, wobei die Taumelscheibe einen Taumelscheibenkörper aus einem Eisenwerkstoff und eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, die eine Gleitfläche bildet und aus einer Al-Legierung hergestellt ist, umfaßt; wobei das Verfahren den Schritt des Zwischenschaltens eines Bindemetalls im geschmolzenen Zustand zwischen den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte umfaßt, so daß das Bindemetall in den Taumelscheibenkörper und in die Gleitplatte diffundiert wird, um so den Taumelscheiben körper und die Gleitplatte zu verbinden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein festes Bindemetall zwischen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers und der Bindefläche der Gleitplatte gehalten wird, um diese in Kontakt zu bringen, das Bindemetall auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der nur das Bindemetall geschmolzen wird, und nachfolgend das Bindemetall durch Abkühlen erstarren gelassen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt die folgenden Teilschritte umfaßt:
Diffundieren des Bindemetalls in eines der beiden Teile, welche sind Taumelscheibenkörper und Gleitplatte, durch Inkontaktbringen der Bindefläche dieses einen Teils mit dem Bindemetall im geschmolzenen Zustand; und,
nach dem Diffusionsschritt, Anordnen des jeweils anderen Teils, in welches das Bindemetall noch nicht diffundiert wurde, über das Teil, in welches das Bindemetall bereits diffundiert wurde, um die Bindeflächen der beiden Teile in Kontakt zu bringen, und Diffundieren des Bindemetalls durch die Einwirkung von Wärme in das Teil, in welches das Bindemetall noch nicht diffundiert wurde, mit nachfolgen dem Erstarrenlassen des Bindemetalls durch Abkühlen, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte miteinander zu verbinden.

12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt die folgenden Teilschritte umfaßt:
Diffundieren des Bindemetalls in den Taumelscheibenkörper durch Inkontaktbringen der Bindefläche des Taumelscheiben körpers mit dem Bindemetall im geschmolzenen Zustand;
Diffundieren des Bindemetalls in die Gleitplatte durch Inkontaktbringen der Bindefläche der Gleitplatte mit dem Bindemetall im geschmolzenen Zustand; und
nach den Diffusionsschritten, Übereinanderanordnen des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte, um die Binde flächen in Kontakt zu bringen, Schmelzen des Bindemetalls durch Erwärmen und nachfolgendes Erstarrenlassen des Bindemetalls durch Abkühlen, um so den Taumelscheiben körper und die Gleitplatte zu verbinden.

13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bindemetall eine Zn- Legierung ist mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen.

14. Verfahren zur Herstellung einer Taumelscheibe für einen Taumelscheibenverdichter, wobei die Taumelscheibe einen Taumelscheibenkörper aus einem Eisenwerkstoff und eine mit dem Taumelscheibenkörper verbundene Gleitplatte, die eine Gleitfläche bildet und aus einer Al-Legierung hergestellt ist, umfaßt; wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Zwischenschalten eines ersten Bindemetalls auf der Seite des Taumelschei benkörpers zwischen dem Taumelscheibenkörper und der Gleitplatte; Zwischenschalten eines zweiten Bindemetalls auf der Seite der Gleitplatte zwischen dem Taumelscheiben körper und der Gleitplatte, wobei sowohl das erste Binde metall wie auch das zweite Bindemetall in einem geschmol zenen Zustand vorliegen; und Diffundieren des ersten Bindemetalls hauptsächlich in den Taumelscheibenkörper und Diffundieren des zweiten Bindemetalls hauptsächlich in die Gleitplatte, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleit platte zu verbinden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte die folgen den Teilschritte umfassen:
Diffundieren des ersten Bindemetalls in den Taumelschei benkörper durch Inkontaktbringen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem ersten Bindemetall im geschmolzenen Zustand;
Diffundieren des zweiten Bindemetalls in die Gleitplatte durch Inkontaktbringen der Bindefläche der Gleitplatte mit dem zweiten Bindemetall im geschmolzenen Zustand; und,
nach den Diffusionsschritten, Übereinanderanordnen des Taumelscheibenkörpers und der Gleitplatte, um die jeweiligen Bindeflächen in Kontakt zu bringen, Ver schmelzen des ersten Bindemetalls und des zweiten Bindemetalls durch Erwärmen und nachfolgendes Erstarren lassen der geschmolzenen Metalle durch Abkühlen, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte die folgen den Teilschritte umfassen:
Diffundieren des ersten Bindemetalls in den Taumelschei benkörper durch Inkontaktbringen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem ersten Bindemetall im geschmolzenen Zustand;
Bedecken der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers, in den das erste Bindemetall diffundiert wurde, mit dem zweiten Bindemetall durch Inkontaktbringen der Bindefläche des Taumelscheibenkörpers mit dem zweiten Bindemetall im geschmolzenen Zustand; und
nach dem Schritt des Bedeckens, Inkontaktbringen der Bindefläche der Gleitplatte mit der mit dem zweiten Bindemetall bedeckten Bindefläche des Taumelscheiben körpers, Diffundieren des zweiten Bindemetalls in die Gleitplatte durch Erwärmen und nachfolgendes Erstarren lassen der Bindemetalle durch Abkühlen, um so den Taumelscheibenkörper und die Gleitplatte zu verbinden.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das erste Bindemetall eine Sn-Legierung ist mit einem Sn-Gehalt von 30 bis 75 Gew.-%, einem Zn-Gehalt von 6 bis 30 Gew.-%, einem Si- Gehalt von 0,6 bis 4 Gew.-% und einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreini gungen; und wobei das zweite Bindemetall eine Zn-Legierung ist mit einem Zn-Gehalt von 75 bis 95 Gew.-%, einem Si-Gehalt von 0,6 bis 5 Gew.-%, einem Cr-Gehalt von 0,1 bis 0,8 Gew.-% und einem Ti-Gehalt von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, Rest Al und unvermeidliche Verunreinigungen.