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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit mindestens einer Kolbenausnehmung versehen ist, in der jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Zylindertrommel im Bereich einer Steuerfläche mittels einer Gleitlagerstelle abgestützt ist und/oder der Kolben mittels einer Gleitlagerstelle an einer huberzeugenden Laufbahn abgestützt ist, wobei eine Lagermetallschicht aus Bronze an einem von einem Stahlkörper gebildeten Gleitlagerbauteil der Gleitlagerstelle ausgebildet ist, und die Lagermetallschicht durch eine Pulvermischung auf dem Gleitlagerbauteil hergestellt ist.
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Bei hydrostatischen Verdrängereinheiten, die als Axialkolbenmaschinen oder Radialkolbenmaschinen ausgebildet sein können, ist eine Gleitlagerstelle in der Umsteuerung zwischen der rotierenden Zylindertrommel und einem gehäuseseitigen Verteiler im Bereich einer Steuerfläche ausgebildet. Bei derartigen Verdrängereinheiten tritt zwischen der mit den Kolben und den Verdrängerräumen versehenen Zylindertrommel und einem gehäuseseitigen Verteiler, der mit einem Niederdruckanschluss und einem Hochdruckanschluss versehen ist, eine Relativbewegung auf. Die Verbindung der Kolbenausnehmungen und somit der Verdrängerräume in der Zylindertrommel mit dem Niederdruckanschluss und dem Hochdruckanschluss im gehäuseseitigen Verteiler wird beim Durchlaufen der Totpunkte der Kolbenbewegung umgeschaltet. Um günstige Gleiteigenschaften und einen geringen Verschleiß zwischen der Zylindertrommel und dem gehäuseseitigen Verteiler an dieser Gleitlagerstelle zu erzielen, wird diese Umsteuerung durch eine Werkstoffpaarung von einer tribologisch günstigen Schicht mit einer Gegenlauffläche aus Stahl bzw. einem Gußmaterial ausgeführt. Hierbei ist es bekannt, als tribologisch günstige Schicht einen Lagermetallwerkstoff auf die Zylindertrommel oder auf den gehäuseseitigen Verteiler aufzubringen.
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Eine weitere Gleitlagerstelle befindet sich bei gattungsgemäßen Verdrängermaschinen im Bereich der Abstützung der Kolben an einer huberzeugenden Laufbahn. Diese Abstützung der Kolben an einer huberzeugenden Laufbahn kann über Gleitschuhe als Abstützelemente erfolgen, die an den Kolben gelenkig befestigt sind, wobei weiterhin aufgrund der hohen Kräfte zusätzlich eine hydrostatische Entlastung an dieser Gleitlagerstelle ausgebildet sein kann. Um die Gleiteigenschaften des Gleitschuhs bei der Relativbewegung an der drehfesten Laufbahn zu verbessern und einen geringen Verschleiß zu erzielen, ist es bereits bekannt, an den Gleitschuhen im Bereich einer Lauffläche, mit der der entsprechende Gleitschuh an der Laufbahn abgestützt ist, eine tribologisch günstigen Schicht vorzusehen. Bei bekannten Lösungen wird an den Gleitschuhen im Bereich der Lauffläche eine Schicht aus einem Lagermetallwerkstoff aufgebracht.
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Bei bekannten hydrostatischen Verdrängereinheiten erfolgt das Aufbringen der Lagermetallschicht an einem von einem Stahlkörper gebildeten Gleitlagerbauteil der entsprechenden Gleitlagerstelle durch Aufgießen in einem Gießverfahren oder Sintern mittels eines Sintervorgangs.
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Bei einem Sintervorgang einer Lagermetallschicht wird das Rohmaterial des Lagermetallwerkstoffs in Form eines Pulvers oder in Form eines vorgepressten Grünlings eingesetzt. Als Lagermetallwerkstoff wird eine Bronze verwendet, die günstige Gleitlagereigenschaften und eine hohe Verschleißbeständigkeit sowie hohe Belastbarkeit aufweist. Bei der Herstellung der Lagermetallschicht durch ein Pulver liegt der Lagermetallwerkstoff in Form einer Pulvermischung als Ausgangsprodukt vor. Das fertig gemischte Pulver wird hierbei von einem Hersteller der Verdrängermaschinen extern bezogen. Zur Herstellung der Lagermetallschicht auf dem Gleitlagerbauteil wird hierbei mittels Pulverpressen und Füllringen eine gewünschte Pulvermenge auf das Gleitlagerbauteil aufgebracht und anschließend unter definierten Druck- und Temperatur beispielsweise in einem Sinterprozess aufgesintert. Zur besseren Anhaftung des Lagermetallwerkstoffs kann die Oberfläche des Gleitlagerbauteils mit einer Kupferschicht versehen werden. Eine gattungsgemäße hydrostatische Verdrängermaschine mit einer aus einer Pulvermischung auf dem Gleitlagerbauteil aufgesinterten Bronze als Lagermetallschicht ist aus der
DE 10 2008 027 700 A1 bekannt.
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Bekannte Lagermetallwerkstoffe sich als Blei-Bronze ausgeführt. Die Pulvermischung besteht bei einer derartigen Blei-Bronze aus einem Gemisch aus Kupfer, Zinn und Blei.
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Der Bleianteil beträgt im Bereich von circa 10% Gewichtsprozent. Während der Handhabung dieser Pulvermischung im Herstellerbetrieb der Verdrängermaschinen lässt sich das Entstehen von Pulverstaub mit vertretbarem Aufwand nicht vermeiden. Bei der Handhabung der Pulvermischung und der Herstellung der Lagermetallschicht auf dem Gleitlagerbauteil ist somit eine entsprechende Schutzausrüstung für die Arbeiter erforderlich.
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Ein weiterer Nachteil von Blei-Bronzen als Lagermetallschicht auf Gleitlagerbauteilen von Verdrängermaschinen besteht darin, dass der Einsatz von Blei zunehmend aus Umweltschutzgründen als problematisch angesehen wird.
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Aus der
DE 10 2008 027 698 A1 ist eine gattungsgemäße hydrostatische Verdrängereinheit bekannt, bei der eine Lagermetallschicht an einer Gleitlagerstelle zwischen der Zylindertrommel und einer Steuerfläche und/oder an einer Gleitlagerstelle zwischen einem Kolben und einer huberzeugenden Laufbahn durch Sintern auf einem Gleitlagerbauteil aufgebracht ist und als Ersatz für eine Blei-Bronze eine Graphit-Bronze als Lagermetallwerkstoff verwendet wird. Bei einem Sintervorgang liegt diese Graphit-Mischung als Pulvermischung vor, die aus den Bestandteilen Kupfer, Zinn und Graphit besteht und zusammengesetzt ist.
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Bei einer derartigen Pulvermischung hat sich jedoch gezeigt, dass sich die Pulvermischung aufgrund der deutlich geringeren Schüttdichte des Graphits im Vergleich zu der höheren Schüttdichte von Kupfer und Zinn auf dem Transportweg vom Hersteller der Pulvermischung zum Hersteller der Verdrängermaschinen sowie bei der innerbetrieblichen Handhabung beim Hersteller der Verdrängermaschinen entmischt. Die Schüttdichte bildet das Verhältnis der Masse einer Schüttung zum eingenommenen Schüttvolumen. Diese Entmischung der Pulvermischung der Graphit-Bronze führt zu einer inhomogenen Lagermetallschicht und zu einem Ausschuss des hergestellten Gleitlagerbauteils.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der eine Lagermetallschicht auf einem Gleitlagerbauteil durch eine Pulvermischung einer Bronze hergestellt werden kann, die eine geringe Neigung zur Entmischung aufweist und ohne Blei auskommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pulvermischung Bismut enthält. Bismut weist als Lagermetallwerkstoff vergleichbare tribologische Eigenschaften wie Blei auf und ist daher als Ersatz für Blei in einer Gleitlagerbronze besonders geeignet. Der wesentliche Vorteil von Bismut besteht darin, dass Bismut im Periodensystem der Elemente unmittelbar neben Blei mit der nächst höheren Ordnungszahl steht und somit eine vergleichbare und ähnlich hohe Schüttdichte wie Blei sowie Kupfer und Zinn aufweist, so dass bei dem Ersatz von Blei durch Bismut in der erfindungsgemäßen Pulvermischung keine Entmischung des fertig gemischten Pulvers auf dem Transportweg vom Hersteller der Pulvermischung zum Hersteller der Verdrängermaschine sowie bei der Handhabung der Pulvermischung im Herstellerbetrieb der Verdrängermaschine auftritt. Mit der erfindungsgemäßen Pulvermischung, mit der eine Lagermetallschicht aus Bronze an dem Gleitlagerbauteil hergestellt wird und bei der anstelle von Blei das Element Bismut zum Einsatz kommt, wird somit eine einfache Herstellung einer umweltfreundlichen Lagermetallschicht an einem Gleitlagerbauteil einer Verdrängermaschine aus einer Pulvermischung ermöglicht, die ohne den Zusatzstoff Blei auskommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Pulvermischung einen Anteil an Bismut von 3 bis 10 Gewichtsprozent, einen Anteil an Zinn von 5 bis 10 Gewichtsprozent und einen Restanteil an Kupfer. Mit einer aus diesen Bestandteilen bestehenden Bronze kann an dem Gleitlagerbauteil der Verdrängermaschine eine Lagermetallschicht mit günstigen Gleiteigenschaften und hoher Verschleißbeständigkeit hergestellt werden.
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Die Lagermetallschicht wird bevorzugt in einem Sinterverfahren und/oder durch Aufgießen und/oder durch induktives Aufschmelzen aus der Pulvermischung an dem Gleitlagerbauteil hergestellt. Die erfindungsgemäße Pulvermischung kann aufgrund der zu einer Blei enthaltenden Pulvermischung vergleichbaren Pulvereigenschaften unter Beibehaltung des Fertigungsablaufs und der Fertigungsmaschinen verarbeitet werden, so dass sich eine Blei-Bronze in wirtschaftlicher und einfacher Weise durch die Bismut als Blei-Ersatz enthaltende Bronze ersetzen lässt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Figur ist eine erfindungsgemäße hydrostatische Verdrängermaschinen 1 in einem Längsschnitt dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise als Beispiel einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1.
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Die Verdrängermaschine 1 weist eine um eine Drehachse 2 drehbar gelagerte Zylindertrommel 3 auf, die mit mehreren konzentrisch zur Drehachse 2 angeordneten Kolbenausnehmungen 4 versehen ist, die bevorzugt von Zylinderbohrungen gebildet sind und in denen jeweils ein Kolben 5 längsverschiebbar gelagert ist.
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Die Kolben 5 stützen sich in dem aus der Zylindertrommel 3 herausragenden Bereich mittels jeweils eines als Gleitschuh 6 ausgebildeten Abstützelements auf einer huberzeugenden Laufbahn 7 ab, die von einer um die Drehachse 2 drehfest angeordneten Schrägscheibe 8 gebildet ist.
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Die Schrägscheibe 8 kann an einem Gehäuse 9 der Verdrängermaschine 1 – wie in der 1 dargestellt ist – angeformt oder drehfest befestigt sein, wobei die Verdrängermaschine 1 ein festes Verdrängungsvolumen aufweist.
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Es ist alternativ möglich, die Schrägscheibe 8 in der Neigung verstellbar anzuordnen, wodurch die Verdrängermaschine 1 ein veränderbares Verdrängungsvolumen aufweist.
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Die Zylindertrommel 3 stützt sich in axialer Richtung der Verdrängermaschine 1 gegenüberliegend zu der Laufbahn 7 an einem gehäuseseitigen Verteiler 10 ab, der eine Steuerfläche 11 bildet. Die Steuerfläche 11 ist mit nierenförmigen Steuerausnehmungen versehen, die die Verbindung eines Einlasskanals 13 und eines Auslasskanals 14 im Gehäuse 9 mit den Kolbenausnehmungen 4 ermöglichen.
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Der Verteiler 10 kann von einem scheibenförmigen Bauteil gebildet werden, das an dem Gehäuse 9, beispielsweise einem Gehäusedeckel 9a des Gehäuses 9, drehfest befestigt ist. Alternativ kann der Verteiler 10 an dem Gehäuse 9, beispielsweise einem Gehäusedeckel 9a des Gehäuses 9 einstückig angeformt werden, so dass die Funktion der Steuerfläche 11 in das Gehäuse 9, 9a integriert ist.
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Die Steuerfläche 11 kann wie in den Figuren dargestellt eben oder auch sphärisch sein.
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Die Gleitschuhe 6 sind mittels eines als Kugelgelenk ausgebildeten Gleitschuhgelenks 20 mit dem jeweiligen Kolben 5 verbunden.
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Die Zylindertrommel 3 ist von einer zentrischen Bohrung durchsetzt, durch die eine konzentrisch zur Drehachse 2 angeordnete Triebwelle 21 durch die Zylindertrommel 3 geführt ist. Die Triebwelle 21 ist mittels Lagerungen 22, 23 im Gehäuse 9, 9a drehbar gelagert.
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Die Zylindertrommel 3 ist mittels einer Mitnahmeverzahnung 24 mit der Triebwelle 21 drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden. Weiterhin dargestellt ist eine Anpressfeder 25, die die Zylindertrommel 3 in axialer Richtung an die Steuerfläche 11 anpresst und abstützt.
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Die Verdrängermaschine 1 gemäß der 1 ist an mehreren Stellen, an denen zwischen Bauteilen eine Relativbewegung auftritt, mit Gleitlagerstellen versehen, an denen zur Verringerung der Reibung und des Verschleißes eine Lagermetallschicht an einem Gleitlagerbauteil der beiden Gleitpartner der Gleitlagerstelle angeordnet ist.
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Bei der Verdrängermaschine 1 der 1 ist die Zylindertrommel 2 an dem Verteiler 10 und somit im Bereich der von der Steuerfläche 11 gebildeten Umsteuerung der Kolbenausnehmungen 4 von dem Einlasskanal 13 zu dem Auslasskanal 14 mittels einer Gleitlagerstelle G1 abgestützt. Zur Verminderung der Reibung und des Verschleißes zwischen dem Verteiler 10 und der Zylindertrommel 3 ist eine Lagermetallschicht aus einem tribologisch günstigen Lagermetallwerkstoff an einem der beiden Gleitlagerbauteile (Zylindertrommel 3 bzw. Verteiler 10) der Gleitlagerstelle G1 angeordnet.
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Bei der Verdrängermaschine 1 der 1 sind die Gleitschuhe 6 jeweils an der Laufbahn 7 der Schrägscheibe 8 und somit im Bereich der Kolbenabstützung der Kolben 5 an der Schrägscheibe 8 mittels einer weiteren Gleitlagerstelle G2 abgestützt. Zur Verminderung der Reibung und des Verschleißes zwischen den Gleitschuhen 6 und der Schrägscheibe 8 ist eine Lagermetallschicht aus einem tribologisch günstigen Lagermetallwerkstoff an einem der beiden Gleitlagerbauteile (Gleitschuh 6 bzw. Schrägscheibe 8) der Gleitlagerstelle G2 angeordnet.
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Bevorzugt ist im Bereich der Gleitlagerstelle G1 die Lagermetallschicht an der Stirnseite der Zylindertrommel 3 aufgebracht. Im Bereich der Gleitlagerstelle G2 ist die Lagermetallschicht bevorzugt an der Stirnseite des jeweiligen Gleitschuhs 6 aufgebracht. Die mit der Lagermetallschicht versehene Zylindertrommel 3 und/oder der mit der Lagermetallschicht versehene Gleitschuh 6 sind als Stahlkörper ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist die Lagermetallschicht als Bronze ausgebildet und durch eine Bismut enthaltende Pulvermischung auf dem Gleitlagerbauteil hergestellt, wobei die Pulvermischung die folgende Zusammensetzung hat: Der Zinn-Anteil beträgt 5 bis 10 Gewichtsprozent und der Bismut-Anteil 3 bis 10 Gewichtsprozent. Der Rest der Pulvermischung besteht aus Kupfer.
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Erfindungsgemäß ist an der Gleitlagerstelle G1 und/oder an der Gleitlagerstelle G2 die aus der Pulvermischung hergestellte Gleitlagerschicht an einem Gleitlagerbauteil der Gleitlagerstelle G1 bzw. G2 durch einen Sintervorgang aufgesintert.
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Es versteht sich, dass auch an weiteren Gleitlagerstellen der Verdrängermaschine 1 eine Lagermetallschicht mit der erfindungsgemäßen Pulvermischung hergestellt werden kann, beispielsweise Lagerbuchsen 30 zur Lagerung der Kolben 5 in den Kolbenausnehmungen 4, Lagerkalotten im Bereich der Gleitschuhgelenke 20 oder im Falle einer in der Neigung verstellbaren Schrägscheibe 8 eine Gleitlagerschale zur Lagerung der als Schwenkwiege ausgebildete Schrägscheibe 8 im Gehäuse 9.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027700 A1 [0005]
- DE 102008027698 A1 [0009]
