DE102004043914A1 - Gleitlagerbauteil mit einer aufgebrachten Schicht aus Lagermetall und Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Lagermetall - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerbauteil mit einer aufgebrachten Schicht aus einem Lagermetall und ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Lagermetall eines Gleitlagerbauteils. Die Schicht aus Lagermetall wird mittels Kaltgasspritzen aufgebracht.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gleitlagerbauteil mit einer aufgebrachten Schicht aus einem Lagermetall.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Lagermetall eines Gleitlagerbauteils.
• Derartige Gleitlagerbauteile sind als Verbundwerkstoffe ausgebildet, bei denen eine Schicht aus Lagermetall auf einem Grundkörper aufgebracht wird. Das Lagermetall bestimmt hierbei im wesentlichen die Eigenschaften des Gleitlagerbauteils hinsichtlich der Belastbarkeit, der Verschleißbeständigkeit und der Gleitgeschwindigkeiten. Hierbei spielen eine Reihe von Werkstoffeigenschaften des Lagermetalls eine Rolle, beispielsweise Reibung, Einlaufverhalten, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, chemische Eigenschaften und chemische Stabilität, Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit. Diese Werkstoffeigenschaften der Lagermetalle werden durch den Herstellungsprozess der Lagermetallschicht beeinflusst.
• Bislang werden solche Lagermetallschichten mittels Lötverfahren auf dem Grundkörper aufgebracht. Dieses Verfahren ist jedoch bedingt durch die separate Herstellung und Bearbeitung des Lagermetalls und des Grundkörpers sowie des Lötverfahrens zum Verbinden des Grundkörpers mit dem Lagermetall sehr aufwendig und kostenintensiv. Zudem ist bereits bekannt, die Lagermetalle auf den Grundkörper mittels Sintertechnik oder Gießtechnik aufzubringen. Darüber hinaus werden Lagermetalle auf den Grundkörper zur Herstellung einer Gleitlageroberfläche mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht. Bei diesen Verfahren, bei denen das Lagermetall durch Sintertechnik, Gießtechnik oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf den Grundkörper aufgebracht wird, wird das Lagermetall zum Aufbringen auf den Grundkörper vollständig aufgeschmolzen, wodurch zum Aufbringen des Lagermetalls auf den Grundkörper eine hohe thermische Energie benötigt wird und auf das Lagermetall sowie den Grundkörper übertragen wird. Hierdurch ergibt sich ein hoher Herstellaufwand für die Lagermetallschicht. Zudem kann es durch die hohe thermische Belastung neben thermisch induzierten Spannungen in dem Lagermetall sowie dem Grundkörper zum Ausbrennen der Legierungselemente der Lagermetalle und zu Gefügeveränderungen im Grundkörper kommen, wodurch die Festigkeit des Grundkörpers und die Werkstoffeigenschaften der Lagermetalle beeinflusst und beeinträchtigt werden können. Hierdurch können negative Effekte bezüglich der Belastbarkeit, der Verschleißbeständigkeit und der Gleitgeschwindigkeiten des Gleitlagerbauteils auftreten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlagerbauteil der eingangs genannten Art und ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, das bei geringem Herstellaufwand eine Schicht aus Lagermetall in hochwertiger Qualität ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Gleitlagerbauteils dadurch gelöst, dass die Schicht aus dem Lagermetall eine mittels Kaltgasspritzen aufgebrachte Schicht ist, und hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, dass die Schicht aus Lagermetall mittels Kaltgasspritzen aufgebracht wird.
• Erfindungsgemäß wird somit die Lagermetallschicht auf dem Grundkörper des Gleitlagerbauteils mittels Kaltgasspritzen aufgebracht. Die Erfindung geht hierbei von der wesentlichen Eigenschaft des Kaltgasspritzens aus, dass das in Pulverform und somit als Pulverpartikel zum Einsatz kommende Lagermetall beim Kaltgasspritzen in einem "kalten" Gasstrahl auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird, wobei die Pulverpartikel im Gasstrahl nicht geschmolzen werden. Die Lagermetallschicht wird hierbei durch das Auftreffen der Lagermetallpartikel auf dem Grundkörper mit hoher kinetischer Energie hergestellt. Ein Ausbrennen von Legierungselementen des Lagermetalls und somit eine Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften des Lagermetall beim Aufbringen der Lagermetallschicht auf den Grundkörper mittels Kaltgasspritzen kann somit wirksam vermieden werden.
• Die Temperatur des Gasstrahles kann hierbei unterhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls oder in geringem Maße oberhalb der Schmelztemperatur des Lagermetalls liegen, wobei jedoch ein Aufschmelzen der Lagermetalle nicht stattfindet. Bei einem derartigen Aufheizen des Gasstrahls auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls oder auf Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls wird jedoch selbst bei derartigen Temperaturen des Gasstrahles von 100 K bis zu 200 K oberhalb des Schmelzpunktes des Lagermetalls aufgrund der extrem kurzen Verweilzeit der Lagermetalle im Gasstrahl im Bereich von Millisekunden ein Schmelzen oder auch ein Anschmelzen der Lagermetalle verhindert. Die Bedeutung der höheren Gastemperaturen bzw. der Vorteil der Erwärmung des Gases liegt darin, dass in heißeren Gasen die Schallgeschwindigkeit höher ist und dadurch auch die Partikelgeschwindigkeit der Lagermetalle vergleichsweise größer wird und die Lagermetallpartikel zur besseren plastische Verformung beim Aufprall erwärmt sind.
• Das Kaltgasverfahren besitzt gegenüber den bisherigen Verfahren zur Herstellung einer Lagermetallschicht eine Reihe von weiteren Vorteilen. Beim Aufprall auf den Grundkörper bilden die Lagermetallpartikel, die in dem Gasstrahl nicht schmelzen, eine dichte und fest haftende Schicht, wodurch eine nahezu porenfreie Lagermetallschicht mit geringer Porosität und somit hoher Verformbarkeit erzielt wird. Aufgrund der geringen thermischen Energie beim Kaltgasspritzen kann zudem eine Oxidation und/oder eine Phasenumwandlung des Lagermetalls vermieden werden, wodurch eine nahezu oxidfreie Lagermetallschicht erzielt wird. Die mit dem Kaltgasspritzverfahren erzeugten Lagermetallschichten besitzen keine oder zumindest keine ausgeprägte Textur, d.h. es gibt keine Vorzugsorientierung der einzelnen Körner oder Kristalle. Es kann somit eine Lagermetallschicht mit einer hohen Haftzugfestigkeit erzielt werden. Die thermische Einwirkung auf die Oberfläche des Grundkörpers ist zudem verringert, wodurch ungewollte Veränderungen der Materialeigenschaften des Grundkörpers und thermische Spannungen im Grundkörper und somit ein Verzug des Gleitlagerbauteils verhindert oder zumindest merklich verringert werden können. Ebenso werden beim Kaltgasspritzen weitgehend Änderungen in der Struktur des Grundkörpers unterbunden.
• Weitere Vorteile ergeben sich, da durch den fokussierten Spritzstrahl beim Kaltgasspritzen die Lagermetallschicht gezielt auf den Grundkörper im benötigten Bereich aufgebracht werden kann, wodurch gegenüber Verfahren des Standes der Technik ein geringerer Materialeinsatz des Lagermetalls durch die gezielt aufgebrachte und in der Schichtdicke verringerte Lagermetallschichten erzielt werden kann.
• Insgesamt wird somit durch das Kaltgasspritzen der Lagermetallschicht eine wirtschaftliche Herstellung eines Gleitlagerbauteils bzw. ein wirtschaftliches Verfahren zum Aufbringen einer Lagermetallschicht eines Gleitlagerbauteils mit geringem Herstellaufwand zur Verfügung gestellt, wobei sich gezeigt hat, dass infolge der geringen thermischen Energie und der Vorteile des Kaltgasspritzens hinsichtlich Oxidfreiheit, Porenfreiheit und hoher Haftzugfestigkeit der aufgebrachten Lagermetallschicht sowie der verfahrensimplizierten Einstelloptionen beim Kaltgasspritzen, insbesondere durch eine Anpassung der Schichteigenschaften der Lagermetallschicht und durch eine einfache Anpassung der Materialzusammensetzung des Lagermetalls, eine Gleitlageroberfläche des Gleitlagerbauteils mit verbesserter und hochwertiger Qualität, insbesondere hinsichtlich der Belastbarkeit, der Verschleißbeständigkeit und der Gleitgeschwindigkeiten, erzielt werden kann und ein Gleitlagerbauteil an die unterschiedlichsten Anforderungen und Anwendungen auf einfache Art und Weise angepasst und hergestellt werden kann.
• Durch das Kaltgasspritzen können Gleitlagerbauteile mit einer Lagermetallschicht aus unterschiedlichen Lagermetallen hergestellt werden. Als Lagermetall kann Bronze, insbesondere eine Kupfer-Zinn-Legierung, beispielsweise Cu-Sn oder Cu-Sn-Sb, oder eine Kupfer-Blei-Legierung, beispielsweise Cu-Pb-Sn, oder eine Kupfer-Aluminium-Legierung, beispielsweise Cu-Al, verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich, Blei-Zinn-Legierungen, beispielsweise Pb-Sn-Sb, oder eine Aluminium-Zinn-Legierungen, beispielsweise Al-Sn-Cu, als Lagermetall zu verwenden.
• Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Gleitlagerbauteils in einer hydrostatischen Verdrängermaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, als Gleitlagerschale und/oder als Gleitschuh und/oder als Buchse und/oder als Steuerscheibe. Mit einem als Verbundwerkstoff ausgebildeten Gleitlagerbauteil, das mit einer durch Kaltgasspritzen hergestellten Lagermetallschicht versehen ist, kann bei einer Axialkolbenmaschine mit geringem Herstellaufwand eine Gleitlagerschale zur Lagerung einer beispielsweise als Schwenkscheibe ausgebildeten Schwenkwiege, und/oder ein Gleitschuh, mittels dem ein Kolben auf einer Gleitfläche der Schwenkwiege abgestützt ist, und/oder eine Buchse zur Lagerung des Kolbens in einer Kolbenbohrung einer Zylindertrommel und/oder eine Steuerscheibe, die am Gehäuse befestigt ist und zur Verbindung der rotierenden Zylindertrommel mit einem Hochdruck- und Niederdruckanschluss ausgebildet ist, mit verbesserter Qualität der Gleitlageroberfläche und verringertem Materialeinsatz für das Lagermetall hergestellt werden.

Claims (4)

1. Gleitlagerbauteil mit einer aufgebrachten Schicht aus einem Lagermetall, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dem Lagermetall eine mittels Kaltgasspritzen aufgebrachte Schicht ist.
2. Gleitlagerbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lagermetall Bronze, insbesondere eine Kupfer-Zinn-Legierung oder eine Kupfer-Blei-Legierung oder eine Kupfer-Aluminium-Legierung, oder eine Blei-Zinn-Legierungen oder eine Aluminium-Zinn-Legierungen vorgesehen ist.
3. Verwendung eines Gleitlagerbauteils nach Anspruch 1 oder 2 in einer hydrostatischen Verdrängermaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, als Gleitlagerschale und/oder als Gleitschuh und/oder als Buchse und/oder als Steuerscheibe.
4. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus Lagermetall eines Gleitlagerbauteils, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Lagermetall mittels Kaltgasspritzen aufgebracht wird.