DE102012111390A1 - Producing sliding block of e.g. hydrostatic positive-displacement engine, comprises joining bearing metal plate to steel base body, applying flux and solder to solderable surfaces of body and metal plate, and heating solder by inductor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitschuhs einer hydrostatischen Verdrängermaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitschuhs einer hydrostatischen Verdrängermaschine, beispielsweise einer Axialkolbenmaschine, der an einem druckbeaufschlagten Kolben gelenkig befestigbar ist und den Kolben an einer huberzeugenden Lauffläche abstützt, wobei der Gleitschuh aus einem Stahlgrundkörper und einer mit der Lauffläche zusammenwirkenden Lagermetallplatte besteht, die an den Stahlgrundkörper gefügt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung noch einen entsprechenden Gleitschuh sowie eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einem erfindungsgemäßen Gleitschuh.The invention relates to a method for producing a sliding block of a hydrostatic displacement machine. In particular, the invention relates to a method for producing a sliding block of a hydrostatic displacement machine, for example an axial piston machine, which is articulated to a pressurized piston and supports the piston on a thrust-generating tread, the sliding block consists of a steel body and a cooperating with the tread bearing metal plate, which is joined to the steel body. Furthermore, the invention also relates to a corresponding sliding block and a hydrostatic displacement machine with a sliding block according to the invention.
Bei hydrostatischen Triebwerken, insbesondere Axialkolbentriebwerke, befindet sich im Bereich der Abstützung der Kolben an einer huberzeugenden Lauffläche für jeden Kolben eine Gleitlagerstelle. Diese Gleitlagerstelle wird von der Stirnfläche von Gleitschuhen als Abstützelementen gebildet, die an den Kolben gelenkig befestigt sind, wobei aufgrund der hohen abgestützten Kolbenkräfte insbesondere bei Hochdrucktriebwerken, die Drücke von mehreren Hundert bar liefern, zusätzlich eine hydrostatische Entlastung an dieser Gleitlagerstelle ausgebildet sein kann. Um die Gleiteigenschaften des Gleitschuhs bei der Relativbewegung an der drehfesten Lauffläche zu verbessern und einen geringen Verschleiß zu erzielen, vor allem in einer Anlaufphase bis zum Aufbau einer hydrostatischen Entlastung, ist es bereits bekannt, an den Stirnflächen der Gleitschuhe, mit denen der entsprechende Gleitschuh an der Lauffläche als Gegenpart abgestützt ist, eine tribologisch günstigen Schicht vorzusehen, die mit dem Werkstoff der Lauffläche eine für die Gleiteigenschaften günstige Paarung bildet. In hydrostatic engines, especially Axialkolbentriebwerke located in the region of the support of the piston on a thrust-generating running surface for each piston a sliding bearing point. This sliding bearing is formed by the face of sliding shoes as support elements which are hinged to the piston, which can provide additional hydrostatic discharge at this sliding bearing point due to the high supported piston forces, especially in high-pressure engines that deliver pressures of several hundred bar. In order to improve the sliding properties of the sliding block in the relative movement of the non-rotatable tread and to achieve low wear, especially in a start-up phase to build a hydrostatic discharge, it is already known at the end faces of the shoes, with which the corresponding shoe to the tread is supported as a counterpart to provide a tribologically favorable layer that forms a favorable pairing with the material of the tread for the sliding properties.
Bei bekannten Gleitschuhen von hydrostatischen Triebwerken wird auf einem Stahlgrundkörper, mit dem der Gleitschuh an dem Kolben gelenkig befestigt ist, eine Lagermetallschicht aufgebracht, mit der der Gleitschuh an der huberzeugenden Lauffläche abgestützt ist. Beispielsweise kann als Lagermetallschicht eine aus Messing bestehende Platte an den Stahlgrundkörper gelötet werden. Als Lötverfahren kommt hierbei ein Gaslötverfahren mit einem Flammlötprozess zum Einsatz, bei dem auf die Stirnfläche des Stahlgrundkörpers ein Flussmittel aufgebracht wird und der Stahlgrundkörper allein oder, abhängig von dem Produktionsverfahren, zusammen mit der Platte aus Lagermetall durch einen oder mehrere Gasbrenner erhitzt wird. Die Gasbrenner sind dabei bevorzugt über einen Kreisumfang angeordnet drei Gasbrennern mit einem Winkel von 120° untereinander. Das Lot wird als Lotdraht, in der industriellen Fertigung mit einem geregelten Drahtvorschub, zugeführt. In known sliding shoes of hydrostatic engines, a bearing metal layer is applied to a steel base body, with which the sliding block is articulated to the piston, with which the sliding block is supported on the thrust-generating tread. For example, as a bearing metal layer, a brass plate can be soldered to the steel base body. The soldering method used here is a gas soldering method with a flame soldering process, in which a flux is applied to the end face of the steel base body and the steel base body is heated alone or, depending on the production method, together with the plate of bearing metal by one or more gas burners. The gas burners are preferably arranged over a circumference three gas burners with an angle of 120 ° with each other. The solder is supplied as solder wire, in industrial production with a controlled wire feed.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass es nur schwer möglich ist, den Prozess des Lötens so stabil durchzuführen, dass die Anzahl der zulässigen Lotfehlstellen eingehalten wird. Das Lot in Drahtform muss erst durch das Aufschmelzen sich verteilen und gegebenenfalls durch die Kapilarwirkung in den Lotspalt gelangen. Dabei ist nicht immer gewährleistet, dass das Lot in Drahtform zuverlässig bzw. in gewünscht optimaler Form in den Lotspalt fließt und es kann zu Lotfehlstellen kommen, an denen kein Lot vorhanden ist oder das Lot nicht richtig geschmolzen ist. Da Gasflammen nur punktuell Hitze zuführen können und nicht über einen größeren Bereich homogen, kommt es zu einer inhomogenen Erwärmung und Temperaturverteilung, die zu einer weiteren Erhöhung der Zahl der Lotfehlstellen führen kann, da punktuell Temperaturen überschritten werden können und sich Phasen des Lots entmischen können, während gleichzeitig in anderen Bereichen das Lot nicht ausreichend heiß ist. Überschreiten die Anzahl und Größe der Lotfehlstellen in der Lotnaht zulässige Werte, ist der gefertigte Gleitschuh Ausschuss.A disadvantage of this prior art is that it is difficult to perform the soldering process so stable that the number of permissible solder defects is maintained. The solder in wire form must first be distributed by the melting and, if necessary, pass through the Kapilarwirkung in the Lotspalt. It is not always guaranteed that the solder flows in wire form reliably or in the desired optimum shape in the solder gap and it can lead to solder defects where no solder is present or the solder is not properly melted. Since gas flames can only heat selectively and not over a larger area homogeneous, there is an inhomogeneous heating and temperature distribution, which can lead to a further increase in the number of Lotfehlstellen as punctiform temperatures can be exceeded and phases of the solder can segregate, while at the same time the solder is not sufficiently hot in other areas. If the number and size of the solder defects in the solder seam exceeds permissible values, the manufactured sliding shoe is rejected.
Weiterhin ist nachteilig, dass die Temperaturüberwachung der Gasflammen, die über Pyroskope bzw. die Flammenfarbe erfolgt, nicht sehr genau ist. Zudem kommt es zu einem hohen Gasverbrauch, da die Flammen in dem Produktionsprozess auch während Nebenzeiten brennen, wenn nicht direkt und unmittelbar Lot bzw. das Bauteil erhitzt werden. Schließlich schwankt die über den Lotdraht und eine Drahtvorschubregelung zugeführte Lotmenge erheblich, entsprechende Erfahrungswerten zeigen bis zu +/–20% gegenüber einem Sollwert.Furthermore, it is disadvantageous that the temperature monitoring of the gas flames, which takes place via pyroscopes or the flame color, is not very accurate. In addition, there is a high gas consumption, since the flames burn in the production process even during non-productive times, if not directly and directly solder or the component are heated. Finally, the quantity of solder fed in via the solder wire and a wire feed control fluctuates considerably, corresponding empirical values show up to +/- 20% compared to a desired value.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aus einem Stahlgrundkörper und einer Lagermetallplatte als Lagermetallschicht bestehende Gleitschuhe eines hydrostatischen Triebwerks in kostengünstiger Weise und bei geringer Ausschussquote herzustellen.The present invention is therefore based on the object of producing a steel base body and a bearing metal plate as bearing metal layer existing sliding blocks of a hydrostatic engine in a cost effective manner and at low rejection rate.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einen Gleitschuh mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie eine hydrostatische Verdrängermaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitschuhs einer hydrostatischen Verdrängermaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, der an einem druckbeaufschlagten Kolben gelenkig befestigbar ist und den Kolben an einer huberzeugenden Lauffläche abstützt, gelöst, wobei der Gleitschuh aus einem Stahlgrundkörper und einer mit der Lauffläche zusammenwirkenden Lagermetallplatte besteht, die an den Stahlgrundkörper gefügt ist, und die Lagermetallplatte durch induktives Löten an den Stahlgrundkörper gefügt wird indem in einem ersten Schritt ein Flussmittel und Lot mindestens auf eine der zu verlötenden Flächen aufgebracht wird, die zu verlötenden Flächen aneinander angeordnet werden und sodann durch einen Induktor mindestens der Bereich der zu verlötenden Fläche des Stahlgrundkörpers sowie der zu verlötenden Fläche der Lagermetallplatte und das Lot erhitzt werden. The object is achieved by a method for producing a sliding shoe of a hydrostatic displacement machine, in particular an axial piston machine, which is articulated to a pressurized piston and supports the piston on a thrust-generating tread, wherein the shoe consists of a steel body and a bearing surface cooperating with the bearing metal plate, which is joined to the steel body, and the bearing metal plate is added by inductive soldering to the steel body by applying in a first step, a flux and solder on at least one of the surfaces to be soldered is, which are arranged to be soldered surfaces together and then heated by an inductor at least the area of the surface to be soldered steel base body and the surface to be soldered to the bearing metal plate and the solder.
Gegenüber einem bekannten Gaslötverfahren und Flammlötprozess kann der Wärmeeintrag in die beiden Fügepartner Stahlgrundkörper und Lagermetallplatte besser gesteuert werden und in weiterem Umfang auf die beiden zu verlötenden Flächen sowie deren unmittelbare Umgebung beschränkt werden. Durch eine entsprechende geometrische Gestaltung des Induktors, der aus einer mit Wechselstrom beschalteten Spule besteht, die die zu erwärmenden Bauteile umschließt, können gezielt nur bestimmte Bereiche, insbesondere die Lötstelle, erhitzt werden. Das sich verändernde elektrische Feld erzeugt in den Bauteilen ein wechselndes Magnetfeld, das wiederum durch ein elektrisches Wirbelfeld in den Bauteilen die zum Löten notwendige Wärme erzeugt. Die gute Regelbarkeit der Erwärmung durch einen Induktor und daraus folgende Steuerbarkeit mittels Software ergibt sich daraus, dass beispielsweise die Leistungskurve am Ausgang des Transformators für den Induktor überwacht werden kann. Es kommt zu einer homogeneren Erwärmung und es werden die Kosten für den Gasverbrauch vermieden. Aufgrund der guten Regelbarkeit des Induktors kann das Lötverfahren auch mit engeren Toleranzen durchgeführt werden und es kommt zu weniger Fehlstellen sowie hohe Kosten verursachenden Ausschuss. Dabei kann das Flussmittel zunächst auf beide zu verlötenden Flächen aufgetragen werden, oder auch nur auf eine. Zugleich kann das Lot auf nur eine zu verlötende Fläche zunächst aufgetragen werden, bevor dies zusammengesetzt werden oder auf beide. Es können auch Flussmittel und Lot auf unterschiedliche der zu verlötenden Flächen aufgebracht werden.Compared with a known Gaslötverfahren and Flammlötprozess the heat input in the two joining partners steel body and bearing metal plate can be better controlled and limited to a greater extent on the two surfaces to be soldered and their immediate environment. By a corresponding geometric design of the inductor, which consists of a coil connected to alternating current, which encloses the components to be heated, only specific areas, in particular the solder joint, can be specifically heated. The changing electric field generates a changing magnetic field in the components, which in turn generates the heat necessary for soldering through an electric vortex field in the components. The good controllability of the heating by an inductor and the resulting controllability by software results from the fact that, for example, the power curve can be monitored at the output of the transformer for the inductor. It comes to a more homogeneous heating and it will avoid the cost of gas consumption. Due to the good controllability of the inductor, the soldering process can be carried out with tighter tolerances and it comes to fewer defects and high cost-causing rejects. The flux can first be applied to both surfaces to be soldered, or even only to one. At the same time, the solder can be applied to only one area to be soldered first, before being assembled or on both. It is also possible to apply flux and solder to different surfaces to be soldered.
Das Lot kann als eine Lotfolie zwischen Stahlgrundkörper und Lagermetallplatte eingelegt werden.The solder can be inserted as a brazing foil between the steel base body and the bearing metal plate.
Indem zwischen die zu verlötenden Flächen ein folienförmig gestaltetes Lot eingelegt wird, kann eine gleichmäßige und flächige Verteilung des Lots über die zu verlötenden Flächen erreicht werden und somit eine Verringerung der Anzahl und Größe der Lotfehlstellen, die zu Ausschuss führen können. Vorteilhaft muss durch die Einbringung des Lots als Lotfolie das Lot nur noch aufschmelzen und sich nicht mehr über die zu verlötenden Flächen verteilen und auf diese fließen.By inserting a foil-shaped solder between the surfaces to be soldered, a uniform and areal distribution of the solder over the surfaces to be soldered can be achieved and thus a reduction in the number and size of the solder defects, which can lead to rejects. Advantageously, by introducing the solder as solder foil, the solder only has to melt and no longer spread over the surfaces to be soldered and flow onto them.
Vorteilhaft wird das Lot als geformtes Element zwischen Stahlgrundkörper und Lagermetallplatte Zylinder eingelegt, insbesondere als Lotronde oder Lottorus. Advantageously, the solder is inserted as a shaped element between the steel base body and the bearing metal plate cylinder, in particular as Lotronde or Lottorus.
Mit denselben Vorteilen wie bei einer Lotfolie, jedoch Verluste durch überstehende Folie vermeidend, kann das Lot auch als ein geformtes Element eingelegt werden, wobei die Verteilung des Lots über die Fläche genau auf die Bedürfnisse abgestimmt sein kann. Dies ist insbesondere durch eine Lotronde möglich, die einem sehr flachen Zylinderabschnitt oder runden Plättchen entspricht und beispielsweise die gesamte Stirnfläche des Gleitschuhs überdecken kann. Ebenso ist auch ein Torus aus Lot denkbar, der einem Ring entspricht.With the same advantages as a solder foil, but avoiding losses due to excess film, the solder can also be inserted as a shaped element, whereby the distribution of the solder over the surface can be tailored precisely to the needs. This is possible in particular by a Lotronde, which corresponds to a very flat cylinder section or round plate and, for example, can cover the entire face of the shoe. Similarly, a torus made of solder is conceivable, which corresponds to a ring.
Durch die genaue Regelbarkeit des induktiven Lötverfahrens sowie die exaktere Bestimmbarkeit der Lotmenge, insbesondere wenn das Lot als Lotfolie oder geformtes Element zugeführt wird, lässt sich eine erhebliche Mengenersparnis an Lot erreichen. Hieraus ergeben sich vorteilhaft erhebliche Kosteneinsparungen, da das verwendete Lot zu 45 % aus Silber besteht.Due to the precise controllability of the inductive soldering process and the more precise determinability of the amount of solder, in particular when the solder is supplied as a solder foil or molded element, a significant amount of solder can be saved. This results in advantageous significant cost savings, since the solder used consists of 45% silver.
In einer günstigen Ausführungsform des Verfahrens ist das Lot mit dem Flussmittel beschichtet.In a favorable embodiment of the method, the solder is coated with the flux.
Dadurch kann der Schritt des getrennten Zuführens des Flussmittels vermieden werden und produktionstechnisch günstig in einem Schritt beides zugeführt werden.As a result, the step of separately feeding the flux can be avoided and both can be supplied in a favorable manner in terms of production technology.
Die Lagermetallplatte kann aus Messing bestehen.The bearing metal plate can be made of brass.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Stahlgrundkörper mit der Stirnfläche nach oben angeordnet und das Lot/Flussmittel wahlweise Flussmittellot sowie die Lagermetallplatte von oben aufgelegt.In an advantageous embodiment of the method, the steel base body is arranged with the end face up and the solder / flux optionally flux medium and the bearing metal plate from above placed.
Dies ist insofern eine günstige Anordnung, als das kleinere und leichtere Bauteil der Lagermetallplatte aufgesetzt wird.This is a favorable arrangement insofar as the smaller and lighter component of the bearing metal plate is placed.
Der Stahlgrundkörper kann mit der Stirnfläche nach unten auf die Lagermetallplatte und dem Lot/Flussmittel wahlweise Flussmittellot aufgelegt werden.The steel base body can be placed with the face down on the bearing metal plate and the solder / flux either flux centered.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird durch den Induktor zunächst nur das Flussmittel ist einer flüssigen Phase erhitzt und erst nach einer Einwirkungszeit des Flussmittels auch das Lot geschmolzen.In an advantageous development of the method, initially only the flux is heated to a liquid phase by the inductor, and the solder is melted only after an exposure time of the flux.
Dadurch kann zuverlässig aufgrund der guten Regelbarkeit des Induktors bzw. des induktiven Lötens erst das Flussmittel aufgeschmolzen werden und erst nach einer Einwirkungszeit des Flussmittels das Lot aufgeschmolzen werden. Auch hierdurch wird nochmals das Risiko von Lotfehlstellen verringert und die Ausschussquote reduziert.This can be reliably due to the good controllability of the inductor or the inductive Soldering only the flux are melted and only after an exposure time of the flux, the solder are melted. This again reduces the risk of solder defects and reduces the reject rate.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Gleitschuh für die Abstützung eines Kolbens einer hydrostatischen Verdrängermaschine gegenüber einer huberzeugenden Lauffläche, der nach einem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt ist.The object is also achieved by a sliding shoe for supporting a piston of a hydrostatic displacement machine with respect to a thrust-generating tread, which is produced by a method described above.
Weiterhin wird die Aufgabe auch gelöst durch 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 und durch einen zuvor beschriebenen Gleitschuh gegenüber einer huberzeugenden Lauffläche abgestützt ist.Furthermore, the object is also achieved by a hydrostatic displacement machine with a cylinder drum arranged about an axis of rotation, which is provided with at least one piston recess, in each of which a piston is longitudinally displaceable and is supported by a sliding shoe described above with respect to a tread producing tread.
Der Gleitschuh wie auch die hydrostatische Verdrängermaschine weisen die bereits zuvor genannten Vorteile auf. The sliding shoe as well as the hydrostatic displacement machine have the advantages already mentioned above.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigtFurther advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures. This shows
In der
Die Verdrängermaschine
Die Kolben
Die Schrägscheibe
Es ist alternativ möglich, die Schrägscheibe
Die Zylindertrommel
Der Verteiler
Die Steuerfläche
Die Gleitschuhe
Die Zylindertrommel
Die Zylindertrommel
Im Betrieb des Triebwerks
Die Gleitschuhe
Die
Die
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