DE102014016059A1

DE102014016059A1 - Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen mit einer Verschleißschicht

Info

Publication number: DE102014016059A1
Application number: DE102014016059.9A
Authority: DE
Inventors: Fritjof Tileman Münch
Original assignee: VDM Metals GmbH
Current assignee: VDM Metals GmbH
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen von hydraulischen Axialkolbenpumpen/-motoren mit einer im Wesentlichen bleifreien Verschleißschicht, indem die Verschleißschicht mit dem jeweiligen Stahlbauteil durch Weichlöten verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen von hydraulischen Axialkolbenpumpen/-motoren mit einer im Wesentlichen bleifreien Verschleißschicht.
Die EP 0 396 025 A1 offenbart einen Pumpenkolben für Axialkolbenpumpen, bestehend aus Keramikkolben und Antriebselement aus metallischem Werkstoff, wobei der Keramikkolben eine Stirnfläche aufweist, von der 20 bis 80 Prozent als Fügefläche für eine Lötverbindung mit einem Antriebselement ausgebildet ist. Die Fügefläche kann bedarfsweise metallisiert sein.
Der DE 10 2007 008 049 A1 ist ein gleitender Reibung ausgesetztes, aus einer metallischen Legierung bestehendes Bauteil zu entnehmen, das im Bereich seiner Gleitfläche mit einer Vielzahl von zur Einlagerung von Schmiermittel dienenden punktuellen Vertiefungen versehen ist. Das Bauteil besteht aus einer Legierung aus (in Gew.-%): Cu 50–60%, Zn Rest, Pb 0,01–1,0%, Fe 0,01–1,0%, Mn 1,0–3,0%, Al 1,0–2,0%, Si 0,2–1,3%, Sn 0,05–0,5% sowie herstellungsbedingten Verunreinigungen.
Durch die EP 2 570 516 A2 ist ein Verfahren zur Aufbringung einer Lagerschicht auf einen Gleitlagerbauteilkörper bekannt geworden, wobei ein Gleitlagerwerkstoff auf die Basisfläche des Gleitlagerbauteilkörpers aufgelegt wird, ein Induktor in berührungslose Position zu dem Körper gebracht wird, ein Wechselstrom durch den Induktor geleitet und dadurch zumindest einer der Körper erwärmt wird, wodurch im Grenzbereich zwischen den Körpern ein Mischbereich der Materialien von Gleitlagerbauteilkörper und Gleitwerkstoffkörper erzeugt wird.
Allgemein bekannt ist, dass bei Stahlzylindern von Axialkolbenpumpen/-motoren Bleibronzeverschleißschichten eingesetzt werden, die beispielsweise durch Aufschmelzen oder Sintern mit dem Stahl verbunden werden. Bleibronze weist neben Kupfer und Zinn auch Blei in Gehalten bis zu 26% auf. Blei hat eine hohe Toxizität.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, die nicht kontaminationsfreie Bleibronze durch einen alternativen Werkstoff als Verschleißschicht zu ersetzen und hierfür ein Fügeverfahren bereitzustellen, um den aus Stahl bestehenden Grundwerkstoff von Bauteilen einer Axialkolbenpumpe/eines Axialkolbenmotors betriebssicher mit der im Wesentlichen bleifreien Verschleißschicht zu verbinden.
Es ist auch das Ziel der Erfindung, Bauteile einer Axialkolbenpumpe, respektive eines Axialkolbenmotors, bereitzustellen, welche mit einer Verschleißschicht aus einer im Wesentlichen bleifreien Legierung versehen sind.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen von hydraulischen Axialkolbenpumpen/-motoren mit einer im wesentlichen bleifreien Verschleißschicht, indem die Verschleißschicht mit dem jeweiligen Stahlbauteil durch Weichlöten verbunden wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Dieses Ziel wird auch erreicht durch ein verschleißbeständiges Bauteil einer Axialkolbenpumpe/eines Axialkolbenmotors, beinhaltend einen aus Stahl bestehenden Grundkörper sowie eine im Wesentlichen bleifreie Verschleißschicht, wobei Grundkörper und Verschleißschicht durch Weichlöten miteinander verbunden sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen verschleißbeständigen Bauteils sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Bauteile von Axialkolbenpumpen/-motoren, die mit einer im Wesentlichen bleifreien Verschleißschicht versehen werden bzw. sind, werden bevorzugt durch Zylinder oder Gleitschuhe gebildet. Ebenfalls denkbar sind Haltesegmente von Axialkolbenpumpen/-motoren.
Die Verschleißschicht wird bevorzugt aus einem im Wesentlichen bleifreien Kupferwerkstoff gebildet, der – je nach Kontur des Grundkörpers – platten- oder scheibenförmig ausgebildet sein kann. Andersartige Konturen, z. B. eine Linsenform, können ebenfalls realisiert werden. Ein möglicher Werkstoff kann CuZn37 sein. Alternativ kann auch ein in der DE 10 2007 008 049 A1 beschriebener Werkstoff eingesetzt werden. Des Weiteren denkbar sind folgende Werkstoffe:
CuZn4OAl2Mn2Si
CuZn38Mn2NiSi
CuZn37Mn3Al2PbSi
CuZn35Mn2Si
CuZn28Al4Ni3Co1Si1Mn
CuSn12Ni2
CuZn25Al5
CuAl10Ni.
Ein alternatives jedoch nicht praktikables Fügeverfahren wäre beispielsweise das Hartlöten, wobei hier jedoch das Risiko einer Gefügeveränderung und damit einer Verschlechterung der Verschleißbeständigkeit des Werkstoffs der Verschleißschicht gegeben ist.
Dieses Risiko besteht beim Weichlöten nicht.
Axialkolbenpumpen/-motoren erreichen im industriellen Einsatz Betriebstemperaturen von max. 120°C. Diese Temperaturen liegen deutlich unterhalb der Erweichungstemperaturen einiger Weichlote.
Der Fachmann wird für den jeweiligen Anwendungsfall Lot-Flussmittel-Kombinationen auswählen, die für die gegebenen Einsatzbedingungen in Axialkolbenpumpen/-motoren geeignet sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein vollständiger und fester Verbund zwischen Verschleißschicht und Grundwerkstoff im industriellen Einsatz gewährleistet werden.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 und 2 Querschnitte durch Zylinder von Axialkolbenpumpen mit unterschiedlichen Verschleißschichten;
3 Prinzipskizze eines Gleitschuhs einer Axialkolbenpumpe samt Verschleißschicht.
Die 1 und 2 zeigen Querschnitte durch Zylinder 1, 2 von nicht weiter dargestellten Axialkolbenpumpen.
Im Bereich der Stirnfläche 3, 4 des jeweiligen Zylinders 1, 2 sind Verschleißschichten 5, 6 vorgesehen.
In 1 ist die Verschleißschicht 5 als Scheibe dargestellt, während die Verschleißschicht 6 in 2 durch einen Sphäroid mit nicht ebener Lötfläche gebildet ist. Der jeweilige Zylinder 1, 2 besteht aus Stahl. Die Verschleißschicht 5 gemäß 1 soll in diesem Beispiel aus dem Werkstoff CuZn40Al2Mn2Si bestehen. Die Verschleißschicht 6 gemäß 2 soll in diesem Beispiel durch den Werkstoff CuSn12Ni2 gebildet werden. Die jeweilige Verschleißschicht 5, 6 wird durch Weichlöten mit der zugehörigen Stirnfläche 3, 4 verbunden.
3 zeigt einen ebenfalls aus Stahl bestehenden Gleitschuhgrundkörper 7, der im Bereich seiner freien Stirnfläche 8 ebenfalls mit einer Verschleißschicht 9 versehen ist. Die Verschleißschicht 9 soll in diesem Beispiel aus dem Werkstoff CuZn25Al5 bestehen und mit der Stirnfläche 8 durch Weichlöten verbunden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0396025 A1 [0002]
DE 102007008049 A1 [0003, 0013]
EP 2570516 A2 [0004]

Claims

Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen (1, 2, 7) von hydraulischen Axialkolbenpumpen/-motoren mit einer im Wesentlichen bleifreien Verschleißschicht (5, 6, 9), indem die Verschleißschicht (5, 6, 9) mit dem jeweiligen Stahlbauteil (1, 2, 7) durch Weichlöten verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschleißschicht (5, 6) durch Weichlöten auf einem Zylinder (1, 2) einer Axialkolbenpumpe/eines Axialkolbenmotors aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschleißschicht (9) mit einem Gleitschuh (7) einer Axialkolbenpumpe/eines Axialkolbenmotors in Wirkverbindung gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschleißschicht (5, 6, 9) ein im Wesentlichen bleifreier Kupferwerkstoff eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschicht (5, 6, 9) platten- oder scheibenförmig ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschicht (6) mit nicht ebener Lauffläche, insbesondere nach Art eines Sphäroids, ausgebildet wird.
Verschleißbeständiges Bauteil einer Axialkolbenpumpe/eines Axialkolbenmotors, beinhaltend einen aus Stahl bestehenden Grundkörper (1, 2, 7) sowie eine im wesentliche bleifreie Verschleißschicht (5, 6, 9), wobei Grundkörper (1, 2, 7) und Verschleißschicht (5, 6, 9) durch Weichlöten miteinander verbunden sind.
Bauteil nach Anspruch 7, gebildet durch einen Stahlzylinder (1, 2), der in Wirkverbindung mit einer Kupferlegierungsplatte, -scheibe oder -spindel steht.
Bauteil nach Anspruch 7, gebildet durch einen aus Stahl bestehenden Gleitschuh (7), der in Wirkverbindung mit einer entsprechend geformten Verschleißschicht (9) steht.