DE112013007517T5

DE112013007517T5 - Gleitende Komponente, Verfahren zum Herstellen gleitender Komponente und Vorrichtung zum Herstellen gleitender Komponente

Info

Publication number: DE112013007517T5
Application number: DE112013007517.2T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Shibata; Masaharu Amano; Takuya Tsumura; Kazuhiro Nakata
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2016-06-23
Also published as: US10384301B2; JPWO2015056315A1; KR20160045858A; WO2015056315A1; CN105593520B; US20160228977A1; KR101840246B1; JP6159815B2; CN105593520A

Abstract

Ein Kolbengleitschuh (1) als eine gleitende Komponente enthält einen Träger-Teilabschnitt (2), der aus Stahl besteht, und einen Gleit-Teilabschnitt (3), der eine Gleitfläche (31) aufweist, der aus Kupferlegierung besteht und mit dem Träger-Teilabschnitt (2) verbunden ist. Der Träger-Teilabschnitt (2) und der Gleit-Teilabschnitt (3) sind miteinander verbunden, wobei ein Verbindungsbereich (24) des Träger-Teilabschnitts in dem Träger-Teilabschnitt (2) ausgebildet ist und der Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts eine Verbindungsfläche (23) des Träger-Teilabschnitts enthält, die eine mit dem Gleit-Teilabschnitt (3) verbundene Fläche ist, und kleinere Kristallkörner als andere Bereiche in dem Träger-Teilabschnitt (2) aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft gleitende Komponenten, Verfahren zum Herstellen gleitender Komponenten und Vorrichtungen zum Herstellen gleitender Komponenten. Im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung eine gleitende Komponente, die einen Gleit-Teilabschnitt, der aus Kupferlegierung besteht, und einen Träger-Teilabschnitt enthält, der aus Stahl oder Gusseisen besteht und mit dem Gleit-Teilabschnitt verbunden ist, ein Verfahren zum Herstellen der gleitenden Komponente sowie eine Vorrichtung zum Herstellen der gleitenden Komponente.
Technischer Hintergrund
Als eine gleitende Komponente, die in Bezug auf eine andere Komponente gleitet, kann eine Komponente eingesetzt werden, die einen Aufbau hat, bei dem ein Gleit-Teilabschnitt, der aus Kupferlegierung besteht und eine Gleitfläche aufweist, an einem Träger-Teilabschnitt befestigt ist, der aus Stahl oder Gusseisen besteht. Beispielsweise ist als ein Kolbengleitschuh (piston shoe) einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors ein Kolbengleitschuh bekannt, der einen Träger-Teilabschnitt aufweist, der aus Stahl besteht, und an dem ein Gleit-Teilabschnitt befestigt ist, der aus Kupferlegierung besteht. Als ein Kolbengleitschuh dieses Typs kann ein Kolbengleitschuh eingesetzt werden, bei dem der Gleit-Teilabschnitt mittels Verstemmen an dem Träger-Teilabschnitt befestigt wird.
Um den Gleit-Teilabschnitt mittels Verstemmen an dem Träger-Teilabschnitt zu befestigen, muss jedoch der Gleit-Teilabschnitt auf eine vorgegebene Form bearbeitet werden, die das Verstemmen ermöglich, bevor er an dem Träger-Teilabschnitt befestigt wird. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten für die gleitende Komponente aufgrund des Aufwandes, der zum maschinellen Bearbeiten des Gleit-Teilabschnitts erforderlich ist. Des Weiteren ist ein Kolbengleitschuh vorgeschlagen worden, bei dem der Gleit-Teilabschnitt an dem Träger-Teilabschnitt befestigt wird, indem der Gleit-Teilabschnitt so an den Träger-Teilabschnitt gepresst wird, dass der Gleit-Teilabschnitt verformt und so mit dem Träger-Teilabschnitt in Eingriff gebracht wird (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. H10-89241 (Patentdokument 1)).
Liste der Anführungen
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. H10-89241

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem Aufbau des in dem oben erwähnten Patentdokument 1 beschriebenen Kolbengleitschuhs wird jedoch der Gleit-Teilabschnitt lediglich mittels Eingriff an dem Träger-Teilabschnitt befestigt. Wenn beispielsweise ein Stoß auf den Kolbengleitschuh wirkt, wird der Befestigungszustand des Gleit-Teilabschnitts an dem Träger-Teilabschnitt instabil.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gleitende Komponente zu schaffen, bei der der Gleit-Teilabschnitt stabil an dem Träger-Teilabschnitt befestigt ist.
Lösung des Problems
Eine gleitende Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine gleitende Komponente, die eine Gleitfläche hat. Die gleitende Komponente enthält einen Träger-Teilabschnitt, der aus Stahl oder Gusseisen besteht, und einen Gleit-Teilabschnitt, der die Gleitfläche aufweist, aus Kupferlegierung besteht und mit dem Träger-Teilabschnitt verbunden ist. Der Träger-Teilabschnitt und der Gleit-Teilabschnitt sind miteinander verbunden, wobei ein Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts in dem Träger-Teilabschnitt ausgebildet ist, der Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts kleinere Kristallkörner aufweist als andere Bereiche in dem Träger-Teilabschnitt, und eine Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts enthält, die eine mit dem Gleit-Teilabschnitt verbundene Fläche ist.
Bei der gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung werden der Träger-Teilabschnitt und der Gleit-Teilabschnitt miteinander verbunden, während der Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts ausgebildet wird, der die Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts enthält und kleinere Kristallkörner aufweist als andere Bereiche in dem Träger-Teilabschnitt. Das heißt, die gleitende Komponente der vorliegenden Erfindung hat einen Aufbau, bei dem der Gleit-Teilabschnitt mit dem Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts verbunden ist, der aufgrund der kleineren Kristallkörner darin ausgezeichnete Zähigkeit aufweist. Dadurch ist, selbst wenn beispielsweise ein Stoß auf die gleitende Komponente wirkt, der Gleit-Teilabschnitt stabil an dem Träger-Teilabschnitt befestigt. Daher ist es mit der gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung möglich, die gleitende Komponente zu schaffen, die den Gleit-Teilabschnitt aufweist, der stabil an dem Träger-Teilabschnitt befestigt ist.
Bei der oben beschriebenen Gleitkomponente kann der Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts eine Dicke in einer Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts haben, die in einem Bereich, der eine Oberfläche der gleitenden Komponente einschließt, größer ist als im Inneren der gleitenden Komponente. Dadurch ist gewährleistet, dass in der Nähe der Verbindungsfläche dem Oberflächenbereich des Träger-Teilabschnitts, von dem Rissbildung ausgehen kann, zuverlässiger hohe Zähigkeit verliehen wird.
Bei der oben beschriebenen gleitenden Komponente kann ein Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts in dem Gleit-Teilabschnitt ausgebildet sein, wobei der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts eine geringere Härte hat als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt und er eine Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts einschließt, die eine mit dem Träger-Teilabschnitt verbundene Fläche ist. Dadurch kann die Beanspruchung in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Gleit-Teilabschnitt und dem Träger-Teilabschnitt abgebaut werden.
Bei der oben beschriebenen gleitenden Komponente kann der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts eine Dicke von 0,2 mm oder weniger in einer Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts haben. Wenn der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts nicht dicker als notwendig ausgeführt wird, ist es möglich, dem Gleit-Teilabschnitt ausreichende Festigkeit zu verleihen.
Bei der oben beschriebenen gleitenden Komponente kann die Kupferlegierung hochfestes Messing sein. Das hochfeste Messing ist ein Material, das hohe Festigkeit und ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweist und sich als das Material eignet, das den Gleit-Teilabschnitt bildet.
Bei der oben beschriebenen gleitenden Komponente kann das hochfeste Messing, das den Gleit-Teilabschnitt bildet, Ausfällungen bzw. Präzipitate enthalten, die eine höhere Härte haben als eine Matrix, und können die Präzipitate in dem Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts kleiner sein als die Präzipitate in anderen Bereichen in dem Gleit-Teilabschnitt. Dadurch kann die Zähigkeit des Gleit-Teilabschnitts in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Bei der oben beschriebenen gleitenden Komponente kann ein Präzipitat-Aggregat als ein Aggregat der Präzipitate in einem Bereich innerhalb des Verbindungsbereiches des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet werden, der in Kontakt mit der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts ist. Durch das Aggregat feiner Präzipitate, das in der Nähe der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet ist, kann die Festigkeit in der Nähe der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts verbessert werden, ohne die Zähigkeit nennenswert zu verringern.
Bei der oben beschriebenen gleitenden Komponente kann der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts einen höheren Volumenanteil an α-Phase haben als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt. Dadurch kann die Zähigkeit des Gleit-Teilabschnitts in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Ein Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Schritte ein, in denen ein Trägerelement, das aus Stahl oder Gusseisen besteht und ein Gleitelement gefertigt werden, das aus Kupferlegierung besteht, ein Bereich im Inneren des Trägerelementes einschließlich einer Kontaktfläche des Trägerelementes, die eine Fläche des Trägerelementes ist, die in Kontakt mit dem Gleitelement kommt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wird, indem bewirkt wird, dass das in Kontakt mit dem Gleitelement gebrachte Trägerelement relativ zu dem Gleitelement gleitet, um Reibungswärme zu erzeugen, und das Trägerelement und das Gleitelement verbunden werden, indem der Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, in dem Zustand, in dem das erhitzte Trägerelement in Kontakt mit dem Gleitelement gehalten wird, auf eine Temperatur unter dem Umwandlungspunkt A₁ abgekühlt wird.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung wird das Trägerelement in Kontakt mit dem Gleitelement gebracht und veranlasst, relativ zu dem Gleitelement zu gleiten, um Reibungswärme zu erzeugen und so den Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ zu erhitzen. Anschließend werden das Trägerelement und das Gleitelement abgekühlt und dabei in Kontakt miteinander gehalten, so dass das Trägerelement und das Gleitelement miteinander verbunden werden, wobei die Kristallkörner in dem Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, feiner werden. Mit dieser Ausführung ist es möglich, die oben beschriebene erfindungsgemäße gleitende Komponente herzustellen, bei der der Gleit-Teilabschnitt stabil an dem Träger-Teilabschnitt befestigt ist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer Gleitkomponente kann sich in dem Schritt, in dem der Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wird, das Trägerelement relativ zu dem Gleitelement drehen und wird dabei an das Gleitelement gedrückt, ohne seine Position relativ zu dem Gleitelement zu ändern.
Mit dieser Ausführung kann die Reibungswärme erzeugt werden, ohne die Positionsbeziehung zwischen dem Gleitelement und dem Trägerelement zu ändern. Dadurch wird Verbindung des Gleitelementes und des Trägerelementes in einer gewünschten Positionsbeziehung erleichtert.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente kann in dem Schritt, in dem der Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wird und in dem Schritt, in dem das Trägerelement und das Gleitelement verbunden werden, das Gleitelement an einer Außenumfangsseite einer Kontaktfläche des Gleitelementes gehalten werden, die eine Fläche des Gleitelementes ist, die in Kontakt mit dem Trägerelement kommt.
Mit dieser Ausführung wird das Maß der Verformung des erweichten Gleitelementes eingeschränkt. Dadurch wird der Arbeitsaufwand bei der maschinellen Bearbeitung nach dem Verbinden reduziert, wodurch sich die Ergiebigkeit des Materials des Gleitelementes verbessert. Selbst wenn das Gleitelement geringe Dicke hat, wird verhindert, dass der plastisch verformte Bereich in dem Gleitelement zu der Gleitfläche der gleitenden Komponente freiliegt, wodurch stabile Gleiteigenschaften der gleitenden Komponente gewährleistet werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente kann die Kupferlegierung hochfestes Messing sein. Das hochfeste Messing ist ein Material, das hohe Festigkeit und ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweist und sich daher als ein Material eignet, das das Gleitelement bildet.
Das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen einer Gleitkomponente kann des Weiteren den Schritt einschließen, in dem in einem Bereich innerhalb des Gleitelementes, der in Kontakt mit der Kontaktfläche des Gleitelementes ist, ein Bereich ausgebildet wird, der einen höheren Volumenanteil an α-Phase hat als andere Bereiche in dem Gleitelement, indem das Gleitelement in dem Zustand erhitzt wird, in dem das Trägerelement und das Gleitelement miteinander verbunden sind. Dadurch kann die Zähigkeit in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Eine Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der eine gleitende Komponente hergestellt wird, indem ein aus Stahl oder Gusseisen bestehendes Trägerelement und ein aus Kupferlegierung bestehendes Gleitelement verbunden werden. Diese Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente enthält eine Spindel, die um eine Achse herum gedreht werden kann, einen Trägerabschnitt, der in der axialen Richtung von der Spindel beabstandet angeordnet ist und einen Abstands-Einstellabschnitt, mit dem ein Abstand zwischen der Spindel und dem Trägerabschnitt eingestellt wird. Die Spindel enthält einen ersten Halteabschnitt, der das Trägerelement oder das Gleitelement so hält, dass es dem Trägerabschnitt zugewandt ist. Der Trägerabschnitt enthält einen zweiten Halteabschnitt, der das andere von dem Trägerelement und dem Gleitelement so hält, dass es dem ersten Halteabschnitt zugewandt ist. Das erste Halteelement und das zweite Halteelement sind so angeordnet, dass in dem Zustand, in dem das Trägerelement und das Gleitelement mit dem durch den Abstands-Einstellabschnitt eingestellten Abstand zwischen der Spindel und dem Trägerabschnitt in Kontakt miteinander gebracht werden, der erste oder der zweite Halteabschnitt, der das Gleitelement hält, einen Außenumfang einer Kontaktfläche des Gleitelementes umschließt, die eine Fläche des Gleitelementes ist, die in Kontakt mit dem Trägerelement kommt.
Die gleitende Komponente der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung der Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung, mit der das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente ausgeführt wird, einfach hergestellt werden. Das heißt, wenn die Spindel in dem Zustand, in dem das Trägerelement und das Gleitelement von dem ersten bzw. dem zweiten Halteabschnitt gehalten werden, in Drehung um die Achse herum versetzt wird, wird das Trägerelement mit dem durch den Abstands-Einstellabschnitt eingestellten Abstand zwischen der Spindel und dem Trägerabschnitt an das Gleitelement gepresst, um so das Trägerelement und das Gleitelement zu erhitzen. Das Trägerelement und das Gleitelement werden dann in dem Zustand abgekühlt, in dem sie in Kontakt miteinander sind, so dass das Trägerelement und das Gleitelement verbunden werden.
Dabei wird bei der Vorrichtung zum Herstellen einer Gleitkomponente der vorliegenden Erfindung der Außenumfang der Kontaktfläche des Gleitelementes in dem Zustand von dem ersten oder dem zweiten Halteabschnitt umschlossen, in dem das Trägerelement und das Gleitelement in Kontakt miteinander sind. Daher wird beim Verbinden des Trägerelementes und des Gleitelementes das erweichte Gleitelement an der Außenumfangsseite gehalten. Dadurch wird das Maß der Verformung des erweichten Gleitelementes eingeschränkt, und der Arbeitsaufwand der maschinellen Bearbeitung nach dem Verbinden wird verringert, wodurch sich die Ausbeute des Materials des Gleitelementes verbessert. Selbst in dem Fall, in dem das Gleitelement geringe Dicke hat, wird verhindert, dass der plastisch verformte Bereich in dem Gleitelement zu der Gleitfläche der gleitenden Komponente freiliegt, so dass stabile Gleiteigenschaften der gleitenden Komponente gewährleistet werden. Dadurch ist es bei der Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung möglich, die gleitende Komponente der vorliegenden Erfindung herzustellen und dabei die Ausbeute des Materials des Gleitelementes zu verbessern und die Gleiteigenschaften der gleitenden Komponente zu stabilisieren.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente kann/können die Spindel oder/und der Trägerabschnitt mit einem Last-Sensor versehen sein, der eine Kontaktlast zwischen dem Trägerelement und dem Gleitelement erfasst. Dadurch wird die Anpassung bzw. Einstellung der Kontaktlast zwischen dem Trägerelement und dem Gleitelement auf einen geeigneten Bereich erleichtert.
Effekte der Erfindung
Wie aus der oben stehenden Beschreibung deutlich wird, ist es mit der gleitenden Komponente und dem Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung möglich, die gleitende Komponente zu schaffen, bei der der Gleit-Teilabschnitt stabil an dem Träger-Teilabschnitt befestigt ist. Des Weiteren ist es mit der Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung leicht möglich, die gleitende Komponente der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Kolbengleitschuhs zeigt;
2 ist eine schematische Schnittansicht, die in vergrößerter Ansicht den Bereich II in 1 zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs darstellt;
4 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs zeigt;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die die Funktion der Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs zeigt;
6 ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau einer Rückhaltevorrichtung zeigt;
7 zeigt zeitliche Änderungen der Drehgeschwindigkeit einer Spindel, einer Presslast und einer Temperatur des Verbindungsabschnitts während eines Schrittes des Kammer-Reibschweißens (enclosed friction welding);
8 zeigt Fotografien der Metallstruktur in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen hochfestem Messing und Stahl;
9 zeigt lichtmikroskopische Aufnahmen der Bereiche A-1 bis A-4, B-1 bis B-4, C-1 bis C-4 sowie D-1 bis D-4 in 8 in vergrößerter Ansicht;
10 zeigt die Härteverteilung innerhalb eines Prüfstücks;
11 zeigt die Härteverteilung in Kupferlegierung in der Nähe der Verbindungsfläche;
12 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme, die die Struktur der Kupferlegierung darstellt;
13 zeigt lichtmikroskopische Aufnahmen der Bereiche A-1, A-2, B-1, B-2, C-1, C-2, D-1 und D-2 in 8 in vergrößerter Ansicht;
14 ist eine schematische Darstellung, die den Verteilungszustand von Präzipitaten in dem Gleit-Teilabschnitt des Kolbengleitschuhs zeigt;
15 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Testen von Scherfestigkeit darstellt; und
16 zeigt die Ergebnisse des Scherfestigkeitsversuchs.
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind die gleichen oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und werden nicht wiederholt beschrieben.
1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Kolbengleitschuhs als einer gleitenden Komponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kolbengleitschuh 1 ist, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, eine Komponente, die mit einem Kolbenkörper (nicht dargestellt) einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors verbunden ist und in Bezug auf eine Taumelscheibe gleitet. Der Kolbengleitschuh 1 enthält einen Träger-Teilabschnitt 2, der aus Stahl besteht, sowie einen Gleit-Teilabschnitt 3, der eine Gleitfläche 31 aufweist, aus Kupferlegierung besteht und mit dem Träger-Teilabschnitt 2 verbunden ist. Als der Stahl, der den Träger-Teilabschnitt 2 bildet, kann z. B. Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau (wie beispielsweise JIS SCM440) oder Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau verwendet werden, der thermischem Feinen (thermal refining) oder Abschreckung und Anlassen bzw. Vergüten unterzogen worden ist. Der Träger-Teilabschnitt 2 enthält einen sphärischen Abschnitt 21 in einer Kugelform, der schwenkbar mit dem Kolbenkörper verbunden ist, sowie einen Scheibenabschnitt 22 in Form einer abgestuften Scheibe, der mit dem kugelförmigen Abschnitt 21 verbunden ist.
Der kugelförmige Abschnitt 21 wird von einem Halteabschnitt (nicht dargestellt), der eine kugelförmige Innenwand hat und in dem Kolbenkörper ausgebildet ist schwenkbar gehalten. An einem Ende des kugelförmigen Abschnitts 21, das der mit dem Scheibenabschnitt 22 verbundenen Seite gegenüberliegt, ist ein planer flacher Teil 21A ausgebildet. An einem Ende des Scheibenabschnitts 22, das der Seite des kugelförmigen Abschnitts 21 gegenüberliegt, ist eine plane Verbindungsfläche 23 des Träger-Teilabschnitts ausgebildet.
Die Verbindungsfläche 23 des Träger-Teilabschnitts ist mit dem Gleit-Teilabschnitt verbunden, der eine Scheibenform hat, und dessen Dicke geringer ist als die des Scheibenabschnitts 22. Der Gleit-Teilabschnitt 3 ist an einer Hauptfläche, die eine Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts bildet, mit der Verbindungsfläche 23 des Träger-Teilabschnitts des Scheibenabschnitts 22 verbunden. Die andere Hauptfläche des Gleit-Teilabschnitts 3 bildet die Gleitfläche 31. Diese Gleitfläche 31 gleitet beispielsweise in Bezug auf eine Taumelscheibe (nicht dargestellt) einer Hydraulikpumpe. Der Gleit-Teilabschnitt 3, der aus Kupferlegierung besteht, die ausgezeichnete Gleiteigenschaften hat, schränkt die Reibungskraft zwischen der Taumelscheibe und dem Kolbengleitschuh 1 ein. Als die Kupferlegierung, die den Gleit-Teilabschnitt 3 bildet, kann Messing, wie beispielsweise hochfestes Messing, sowie Bronze, wie beispielsweise Aluminiumbronze, eingesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Gleit-Teilabschnitt 3 aus hochfestem Messing. Des Weiteren weist die Gleitfläche 31 eine Vielzahl von Ringnuten 31A auf, die konzentrisch ausgebildet sind. Diese Nuten 31A nehmen eine geeignete Menge an Öl auf, und schränken dadurch die Reibungskraft zwischen der Taumelscheibe und dem Kolbengleitschuh 1 weiter ein.
Der Kolbengleitschuh 1 hat eine Form, die um die Mittelachse A herum symmetrisch ist. Der Kolbengleitschuh 1 weist ein lineares Mittelloch 29 auf, das in dem Bereich ausgebildet ist, der die Mittelachse A einschließt, und das von dem flachen Teil 21A des kugelförmigen Abschnitts 21 zu der Gleitfläche 31 des Gleit-Teilabschnitts 3 durch den Kolbengleitschuh 1 hindurch verläuft. Das Mittelloch 29 enthält einen ersten Bereich 29A, einen zweiten Bereich 29B, einen dritten Bereich 29C sowie einen vierten Bereich 29D. Der erste Bereich 29A erstreckt sich von dem flachen Teil 21A in der Richtung der Gleitfläche 31. Der zweite Bereich 29B ist mit dem ersten Bereich 29A verbunden und hat einen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung (entlang der Achse A), dessen Flächenausdehnung kleiner ist als die des ersten Bereiches 29A. Der dritte Bereich 29C ist mit dem zweiten Bereich 29B verbunden und hat einen Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung, dessen Flächenausdehnung mit Annäherung an die Gleitfläche 31 größer wird. Der vierte Bereich ist mit dem dritten Bereich 29C verbunden und hat einen Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung, dessen Flächenausdehnung größer ist als die des dritten Bereiches 29C.
Im Folgenden wird die Struktur in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Träger-Teilabschnitt 2 und dem Gleit-Teilabschnitt 3 beschrieben. 2 ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht des Bereiches II in 1. Der Träger-Teilabschnitt 2 ist, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, direkt mit dem Gleit-Teilabschnitt 3 verbunden, wobei ein Verbindungsbereich 24 des Träger-Teilabschnitts in dem Träger-Teilabschnitt 2 ausgebildet ist und der Verbindungsbereich 24 des Träger-Teilabschnitts die Verbindungsfläche 23 des Träger-Teilabschnitts einschließt und kleinere Kristallkörner aufweist als andere Bereiche des Träger-Teilabschnitts 2.
Bei dem Kolbengleitschuh 1 der vorliegenden Ausführungsform wird der Gleit-Teilabschnitt 3 direkt mit dem Träger-Teilabschnitt 2 verbunden, indem der Verbindungsbereich 24 des Träger-Teilabschnitts ausgebildet worden ist, der kleinere Kristallkörner aufweist als andere Bereiche in dem Träger-Teilabschnitt 2. Das heißt, der Kolbengleitschuh 1 hat einen Aufbau, bei dem der Verbindungsbereich 24 des Träger-Teilabschnitts, der aufgrund der kleineren Kristallkörner ausgezeichnete Zähigkeit aufweist, und der Gleit-Teilabschnitt 3 direkt verbunden sind. So ist der Gleit-Teilabschnitt 3 stabil an dem Träger-Teilabschnitt 2 befestigt. Dabei ist der Kolbengleitschuh 1 eine gleitende Komponente, bei der der Gleit-Teilabschnitt 3 stabil an dem Träger-Teilabschnitt 2 befestigt ist.
Die Dicke t₂ des Verbindungsbereiches 24 des Träger-Teilabschnitts in dem Bereich, der eine Fläche 1A des Kolbengleitschuhs 1 einschließt, kann dabei, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, größer sein als die Dicke t₁ des Verbindungsbereiches 24 des Träger-Teilabschnitts an der Innenseite. Dadurch ist gewährleistet, dass der Oberflächenbereich des Träger-Teilabschnitts 2, von dem Rissbildung ausgehen kann, in der Nähe der Verbindungsfläche hohe Zähigkeit erhält. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt die Dicke des Verbindungsbereiches 24 des Träger-Teilabschnitts mit Annäherung an die Fläche 1A des Kolbengleitschuhs 1 allmählich zu.
Des Weiteren kann in dem Gleit-Teilbereich 2 ein Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts, der eine geringere Härte hat als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt 2 so ausgebildet sein, dass er die Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts einschließt, die die mit dem Träger-Teilabschnitt 2 verbundene Fläche ist. Dadurch kann die Beanspruchung in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Gleit-Teilabschnitt 3 und dem Träger-Teilabschnitt 2 abgebaut werden.
Vorzugsweise hat der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts eine Dicke von 0,2 mm oder weniger in der Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts. Wenn der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts nicht dicker als notwendig ausgeführt wird, ist es möglich, dem Gleit-Teilabschnitt 3 ausreichende Festigkeit zu verleihen.
Des Weiteren kann das hochfeste Messing, das den Gleit-Teilabschnitt 3 bildet, Ausfällungen bzw. Präzipitate enthalten, deren Härte höher ist als die der Matrix, und können die Präzipitate in dem Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts kleiner sein als die Präzipitate in anderen Bereichen in dem Gleit-Teilabschnitt 3. Dadurch kann die Zähigkeit des Gleit-Teilabschnitts in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Weiterhin kann ein Präzipitat-Aggregat als ein Aggregat der Präzipitate in einem Bereich im Inneren des Verbindungsbereiches 34 des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet sein, der in Kontakt mit der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts ist. Durch das in der Nähe der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts ausgebildete Aggregat feiner Präzipitate kann die Festigkeit in der Nähe der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts verbessert werden, ohne die Zähigkeit nennenswert zu verringern.
Des Weiteren kann der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts einen höheren Volumenanteil an α-Phase als andere Bereiche aufweisen. Dadurch kann die Zähigkeit des Gleit-Teilabschnitts 3 in der Nähe des Verbindungsabschnitts verbessert werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Kolbengleitschuhs 1 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch das Verfahren zum herstellen eines Kolbengleitschuhs darstellt. 4 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs zeigt. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die die Funktion der Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs zeigt. 6 ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau einer Rückhaltevorrichtung zeigt, die in der Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs enthalten ist.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbengleitschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, ein Schritt des Fertigens geformter Elemente als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 werden, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, ein Trägerelement 4, das aus thermisch gefeintem Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau besteht, und ein scheibenförmiges Gleitelement 5 gefertigt, das aus hochfestem Messing besteht. Das Trägerelement 4 enthält einen Scheibenabschnitt 4B in Form einer Scheibe sowie einen zylindrischen Abschnitt 4C, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des Scheibenabschnitts und der mit dem Scheibenabschnitt 4B verbunden ist. An einem Ende des Scheibenabschnitts 4B, das der Seite des zylindrischen Abschnitts 4c gegenüberliegt, ist eine Kontaktfläche 4A des Trägerelementes ausgebildet, die eine plane Fläche ist, die mit dem Gleitelement 5 verbunden wird. Eine Hauptfläche des Gleitelementes 5 bildet eine Kontaktfläche 5A des Gleitelementes, die eine mit dem Trägerelement 4 zu verbindende plane Fläche ist.
Anschließend wird ein Reinigung-Schritt als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt werden das Trägerelement 4 und das Gleitelement 5, die in Schritt S10 gefertigt wurden, gereinigt. Das heißt, das Trägerelement 4 und das Gleitelement 5 werden unter Verwendung von Methanol, Ethanol, Aceton oder anderer Flüssigkeit gereinigt. Damit werden jegliche Fremdkörper entfernt, die bei den Prozessen zum Schneiden, maschinellen Bearbeiten oder anderen Prozessen zum Fertigen des Trägerelementes 4 und des Gleitelementes 5 an das Trägerelement 4 oder das Gleitelement 5 gelangt sind. Bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbengleitschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform kann Feinstbearbeitung an der Kontaktfläche 5a des Gleitelementes wegfallen, das heißt, die Kontaktfläche 5A des Gleitelementes kann beispielsweise in geschnittenem Zustand belassen werden.
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, ein Schritt des Kammer-Reibschweißens ausgeführt. Dieser Schritt des Kammer-Reibschweißens schließt einen Schritt der Vorbereitung zum Verbinden, einen Reib-Schritt sowie einen Abkühl-Schritt ein. Hierzu wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs (gleitende Komponente) beschrieben, mit der der Kolbengleitschuh hergestellt wird, indem Kammer-Reibschweißen durchgeführt wird.
Eine Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen als die Vorrichtung zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs enthält, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, eine Spindel 95, die um eine Achse α herum gedreht werden kann, einen Trägerabschnitt 98, der in der Richtung der Achse α von der Spindel 95 entfernt angeordnet ist, einen Abstands-Einstellabschnitt 97, mit dem der Abstand zwischen der Spindel 95 und dem Trägerabschnitt 98 eingestellt wird, sowie einen Rahmen 90, der die Spindel 95 und den Trägerabschnitt 98 trägt.
Die Spindel 95 ist mit einer Aufspannvorrichtung 94 versehen, die ein erster Halteabschnitt ist, mit dem das Trägerelement 4 so gehalten wird, dass es dem Trägerabschnitt 98 zugewandt ist. Die Spindel 95 ist mit einem Spindelmotor 95B verbunden, der die Spindel 95 um die Achse α herum rotierend antreibt. Die Spindel 95 ist des Weiteren mit einem Last-Sensor 96 versehen, der eine Kontaktlast zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 erfasst. Der Last-Sensor 96 erfasst die Kontaktlast zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 anhand der Stärke der Kontakt-Rückwirkungskraft zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5, die auf die Aufspannvorrichtung 94 wirkt. Der Last-Sensor 96 ist keine unverzichtbare Komponente der Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen, erleichtert jedoch, wenn er vorhanden ist, Einstellung der Kontaktlast zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 auf einen geeigneten Bereich.
Der Trägerabschnitt 98 ist mit einer Rückhaltevorrichtung 93 versehen, die ein zweiter Halteabschnitt ist, mit dem das Gleitelement 5 so gehalten wird, dass es der Aufspannvorrichtung 94 zugewandt ist. Das heißt, der Trägerabschnitt 98 enthält, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 zu sehen ist, einen Trägerkörper 91, einen Vorrichtungshalter 92 und die Rückhaltevorrichtung 93. Der Trägerkörper 91 ist an dem Rahmen 90 angeordnet. Der Vorrichtungshalter 92 ist an dem Trägerkörper 91 befestigt. Die Rückhaltevorrichtung 93 ist fest in einen Vorrichtungs-Halteabschnitt 92 eingepasst, der ein in dem Vorrichtungshalter 92 ausgebildeter vertiefter Abschnitt ist. Die Rückhaltevorrichtung 93 kann, wie in 6 gezeigt, in zwei Teile 99, 99 getrennt werden. Des Weiteren weist die Rückhaltevorrichtung 93 einen Halteabschnitt 93A auf, der ein Bereich ist, in dem das Gleitelement 5 gehalten wird. In einer Draufsicht (in der Richtung entlang der Achse α gesehen) hat der Halteabschnitt 93A eine polygone Form, insbesondere eine hexagonale Form, die die Außenumfangsfläche des scheibenförmigen Gleitelementes 5 umschließt.
Im Inneren des Rahmens 90 ist, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, eine Welle 90A so angeordnet, dass sie sich parallel zu der Achse α erstreckt. Diese Welle 90A trägt einen Spindel-Trageabschnitt 90C, der die Spindel 95 trägt, so, dass sich der Spindel-Trageabschnitt in der Richtung bewegen kann, in der sich die Welle 90A erstreckt. Ein Spindel-Bewegungsmotor 90B zum Antreiben der Welle 90A ist mit der Welle 90A verbunden. Wenn die Welle 90A von dem Spindel-Bewegungsmotor 90B angetrieben wird, bewegt sich die von dem Spindel-Trageabschnitt 90C getragene Spindel 95 in der Richtung der Achse α. Dies ermöglicht Einstellung des Abstandes zwischen der Spindel 95 und dem Trägerabschnitt 98. Die Welle 90A, der Spindel-Trageabschnitt 90C und der Spindel-Bewegungsmotor 90B bilden den Abstands-Einstellabschnitt 97.
Die Aufspannvorrichtung 94 und die Rückhaltevorrichtung 93 sind so angeordnet, dass in dem Zustand (wie er in 5 gezeigt ist), in dem das Trägerelement 4 und das Gleitelement 5 in Kontakt miteinander sind und der Abstand zwischen der Spindel 95 und dem Trägerabschnitt 98 durch den Abstands-Einstellabschnitt 97 eingestellt ist, die Rückhaltevorrichtung 93, die als der zweite Halteabschnitt dient, den Außenumfang der Kontaktfläche 5A des Gleitelementes umschließt, die die Fläche des Gleitelementes 5 ist, die mit dem Trägerelement 4 in Kontakt kommt. Unter einem anderen Aspekt betrachtet hat, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, der Halteabschnitt 93A der Rückhaltevorrichtung 93 eine Höhe in der Richtung der Achse α, die größer ist als die Dicke des Gleitelementes 5.
Im Folgenden wird ein konkreter Ablauf des Schritts des Kammer-Reibschweißens beschrieben. 7 zeigt zeitliche Änderungen der Drehgeschwindigkeit der Spindel 95, der Kontaktlast (Presslast) zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 sowie der Temperatur des Verbindungsabschnitts zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 während des Schrittes des Kammer-Reibschweißens. Bei dem als ein Schritt S30 ausgeführten Schritt der Vorbereitung zum Verbinden wird, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 zu sehen ist, das Trägerelement 4 von der Aufspannvorrichtung 94 an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 4C gehalten und ist das Gleitelement 5 in den Halteabschnitt 93A der Rückhaltevorrichtung 93 eingesetzt. Dabei sind das Trägerelement 4 und das Gleitelement 5 so angeordnet, dass die Kontaktfläche 4A des Trägerelementes der Kontaktfläche 5A des Gleitelementes zugewandt ist, und dass die Mittelachsen des Trägerelementes 4 sowie des Gleitelementes 5 mit der Drehachse α der Aufspannvorrichtung 94 übereinstimmen.
Dann wird der Reib-Schritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird die Spindel 95 von dem Spindelmotor 95B so angetrieben, dass sie sich um die Achse α herum dreht, und wird sie von dem Spindel-Bewegungsmotor 90B ebenfalls so angetrieben, dass sie sich dem Trägerabschnitt 98 nähert. Dadurch nähert sich die Aufspannvorrichtung 94 der Rückhaltevorrichtung 93 bei gleichzeitiger Drehung um die Achse α herum. Dabei erreicht, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, die Drehgeschwindigkeit der Spindel 95, die zum Zeitpunkt S₀ angefangen hat, sich zu drehen, zum Zeitpunkt S₁ eine gewünschte Drehgeschwindigkeit und wird anschließend auf der gewünschten Drehgeschwindigkeit gehalten. Des Weiteren kommt zum Zeitpunkt S₂ die Kontaktfläche 4A des Trägerelementes, wie in 5 gezeigt, in Kontakt mit der Kontaktfläche 5A des Gleitelementes. So dreht sich das Trägerelement 4 in Bezug auf das Gleitelement 5 und wird dabei mit Last L an das Gleitelement 5 gepresst, ohne seine Position relativ zu dem Gleitelement 5 zu ändern. Dadurch steigt, wie in 7 gezeigt, die Temperatur des Kontaktabschnitts (Verbindungsabschnitt) zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 aufgrund der Reibungswärme. Dann erreicht zum Zeitpunkt S₃ die durch den Last-Sensor 96 erfasste Presslast (Kontaktlast zwischen der Kontaktfläche 4A des Trägerelementes und der Kontaktfläche 5A des Gleitelementes) eine gewünschte Stärke und wird anschließend auf der gewünschten Stärke gehalten. Dabei nimmt die Temperatur des Kontaktabschnitts zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 weiter zu.
Dann erreicht zum Zeitpunkt S₄ die Temperatur des Kontaktabschnitts zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 eine Temperatur, die nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ und unter dem Solidus-Punkt liegt. Dadurch wird ein Bereich innerhalb des Trägerelementes 4, der die Kontaktfläche 4A des Trägerelementes einschließt, auf eine Temperatur erhitzt, die nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ und unter dem Solidus-Punkt liegt, und nimmt der Stahl, der diesen Bereich bildet, den Austenit-Zustand ein, der eine flüssige Phase enthält.
Des Weiteren wird das erhitzte Gleitelement 5 weich, verformt sich und füllt Zwischenräume 93B zwischen dem Gleitelement 5 und der Rückhaltevorrichtung 93 aus (siehe 6). Dadurch dreht sich, selbst wenn sich das Trägerelement 4 um die Achse α herum dreht, das Gleitelement 5 nicht entsprechend damit.
Anschließend wird der Abkühl-Schritt als ein Schritt S50 ausgeführt. In diesem Schritt S50 wird zunächst die Drehgeschwindigkeit der Spindel 95 verringert, und zum Zeitpunkt S₂ wird die Drehung zum Stillstand gebracht. Anschließend wird die durch den Last-Sensor 96 erfasste Presslast verringert. Dabei wird der Kontaktabschnitt zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 abgekühlt, wobei das Trägerelement 4 und das Gleitelement 5 in dem Zustand gehalten werden, in dem sie aneinander gepresst werden. Dementsprechend werden das Trägerelement 4 und das Gleitelement 5 verbunden. Dann wird zum Zeitpunkt S₆ die Presslast auf Null eingestellt, und der strukturelle Körper, der aus dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5 besteht, die miteinander verbunden sind, wird aus der Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen entnommen.
Dann wird der Bereich im Inneren des Trägerelementes 4, der die Kontaktfläche 4A des Trägerelementes einschließt, und der in dem Schritt S40 auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wurde, in dem Schritt S50 auf eine Temperatur unter dem Umwandlungspunkt A₁ abgekühlt. In einem Bereich, der einmal auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wurde und dann auf eine Temperatur unter dem Umwandlungspunkt A₁ abgekühlt wurde, werden die Kristallkörner feiner. Dadurch wird der Verbindungsbereich 24 des Träger-Teilabschnitts ausgebildet, der kleinere Kristallkörner aufweist als die anderen Bereiche (siehe 2). Der Schritt des Kammer-Reibschweißens wird mit dem oben beschriebenen Vorgang abgeschlossen.
Anschließend wird ein Schritt maschineller Bearbeitung als ein Schritt S60 ausgeführt. In diesem Schritt S60 wird der in dem Schritt S50 hergestellte strukturelle Körper maschineller Bearbeitung unterzogen. Das heißt, die Außenumfangsfläche des Gleitelementes 5 wird, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, maschinell bearbeitet, um den scheibenförmigen Gleit-Teilabschnitt 3 auszubilden. Des Weiteren wird der zylindrische Abschnitt des Trägerelementes 4 maschinell bearbeitet, um den sphärischen Abschnitt 21 auszubilden. Das Mittelloch 29, der flache bzw. plane Teil 21A und die Nuten 31A werden ebenfalls in diesem Schritt ausgebildet.
Anschließend wird ein Schritt des Gas-Nitrocarburierens als ein Schritt S70 ausgeführt. In diesem Schritt S70 wird, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, die Bearbeitung zum Gas-Nitrocarburieren in dem Zustand ausgeführt, in dem der in dem Schritt S60 ausgebildete kugelförmige Abschnitt 21 in einen Halteabschnitt (nicht dargestellt) mit einer kugelförmigen Innenwand eingepasst ist, der in einem separat gefertigten Kolbenkörper ausgebildet ist. Es werden bei Erhitzung innerhalb einer Atmosphäre, die Ammoniakgas enthält, auf eine Temperatur unter dem Umwandlungspunkt A₁ Nitridschichten an den Oberflächenabschnitten des Trägerelementes 4 (Träger-Teilabschnitt 2) und des Kolbenkörpers (nicht dargestellt) ausgebildet. Dabei wird mit dem Erhitzen für die Bearbeitung zum Gas-Nitrocarburieren ein Bereich, der einen höheren Volumenanteil an α-Phase hat als andere Bereiche, in einem Bereich innerhalb des Gleitelementes 5 ausgebildet, der in Kontakt mit der Kontaktfläche 5A des Gleitelementes ist. Dementsprechend wird, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, der Volumenanteil an der α-Phase in dem Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts höher als in den anderen Bereichen.
Anschließend wird ein Fertigbearbeitungs-Schritt als ein Schritt 80 ausgeführt. In diesem Schritt werden das Trägerelement 4, das Gleitelement 5 und der Kolbenkörper (nicht dargestellt), die der Bearbeitung zum Gas-Nitrocarburieren in dem Schritt S70 unterzogen worden sind, je nach Erfordernis Fertigbearbeitung unterzogen. Mit dem oben beschriebenen Vorgang ist der Kolbengleitschuh 1 in der vorliegenden Ausführungsform in dem Zustand fertiggestellt, in dem er mit dem Kolbenkörper verbunden ist.
Mit dem Verfahren zum Herstellen eines Kolbengleitschuhs in der vorliegenden Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, der oben beschriebene Kolbengleitschuh 1 der vorliegenden Ausführungsform hergestellt werden. Dabei kann der als der Schritt S40 durchgeführte Reib-Schritt beispielsweise ausgeführt werden, indem veranlasst wird, dass sich das Trägerelement 4 relativ zu dem Gleitelement 5 hin- und herbewegt. Jedoch erleichtert, wenn das Trägerelement 4 veranlasst wird, sich zu drehen, ohne seine Position relativ zu dem Gleitelement 5 zu ändern, dies Verbinden des Gleitelementes 5 und des Trägerelementes 4 in einer gewünschten Positionsbeziehung.
Des Weiteren nimmt, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, wenn sich das Trägerelement 4 in dem Schritt S40 dreht, ohne seine Position relativ zu dem Gleitelement zu ändern, die Umfangsgeschwindigkeit des Trägerelementes 4 in Bezug auf das Gleitelement 5 mit zunehmendem Abstand zu der Achse α zu. Daher nimmt die durch Reibung erzeugte Wärme an der Außenumfangsseite des Trägerelementes 4 zu. Dadurch nimmt die Dicke des Bereiches im Inneren des Trägerelementes 4, in dem die Temperatur den Umwandlungspunkt A₁ aufgrund der Reibungswärme übersteigt, an der Außenumfangsseite des Trägerelementes 4 zu. Dementsprechend kann, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, der Verbindungsbereich 24 des Träger-Teilabschnitts, in dem die Kristallkörner kleiner sind als in den anderen Bereichen, an der Außenumfangsseite, das heißt, in dem Bereich, der die Fläche 1A des Kolbengleitschuhs 1 einschließt, dicker ausgeführt werden als an der Innenseite. Des Weiteren hat, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, der zylindrische Abschnitt 4c des Trägerelementes 4 in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der des Scheibenabschnitts 4B. Dies erschwert Übertragung der in dem Außenumfangsabschnitt der Kontaktfläche 4A des Trägerelementes erzeugten Reibungswärme auf den zylindrischen Abschnitt 4c. Dadurch wird die Dicke des Bereiches im Inneren des Trägerelementes 4, in dem die Temperatur den Umwandlungspunkt A₁ aufgrund der Reibungswärme übersteigt, an der Außenumfangsseite des Trägerelementes 4 noch weiter zu. Daher ist es bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbengleitschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform leicht möglich, die Dicke des Verbindungsbereiches 24 des Träger-Teilabschnitts an der Außenumfangsseite, das heißt, in dem Bereich, der die Fläche 1A des Kolbengleitschuhs 1 einschließt, gegenüber der Innenseite zu vergrößern.
Des Weiteren ist bei dem Verfahren zum Herstellen des Kolbengleitschuhs 1 in der vorliegenden Ausführungsform, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, die Höhe des Halteabschnitts 93A in der Richtung der Achse α größer als die Dicke des Gleitelementes 5. Dadurch wird in den Schritten S40 und S50 der Zustand aufrechterhalten, in dem das Gleitelement 5 an der Außenumfangsseite der Kontaktfläche 5A des Gleitelementes gehalten wird. Dadurch kann das Maß der Verformung des erweichten Gleitelementes 5 eingeschränkt werden. Das heißt, bei dem hergestellten Kolbengleitschuh 1 kann der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts, der durch Verformung des Gleitelementes 5 ausgebildet wird, so ausgeführt werden, dass er die Dicke von 0,2 mm oder weniger in der Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche 32 des Gleit-Teilabschnitts hat. Dadurch wird der Arbeitsaufwand bei der maschinellen Bearbeitung nach dem Verbinden reduziert, wodurch sich die Ausbeute des Materials des Gleitelementes 5 verbessert. Selbst dann, wenn die Dicke des Gleitelementes 5 gering ist, wird verhindert, dass der plastisch verformte Bereich an dem Gleitelement 5 zu der Gleitfläche 31 des Kolbengleitschuhs 1 freiliegt, wodurch stabile Gleiteigenschaften des Gleit-Teilabschnitts gewährleistet sind. Des Weiteren wird der Verbindungsbereich 34 des Gleit-Teilabschnitts, der eine niedrige Härte aufweist, nicht dicker als notwendig ausgeführt, so dass dem Gleit-Teilabschnitt 3 ausreichende Festigkeit verliehen werden kann.
Dabei verformt sich, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, das erweichte Gleitelement 5 und füllt die Zwischenräume 93B zwischen dem Gleitelement 5 und der Rückhaltevorrichtung 93 aus. Dies bedeutet, dass, indem die Zwischenräume 93B auf eine geeignete Größe eingestellt werden, das Maß der Verformung des Gleitelementes 5 eingeschränkt werden kann.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Fall beschrieben worden ist, in dem sich das Trägerelement bewegt (dreht), während das Gleitelement stationär ist, ist das Verfahren zum Herstellen einer Gleitkomponente in der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern das Gleitelement kann sich bewegen (drehen), während das Trägerelement stationär ist, oder beide Elemente können sich bewegen (drehen), so dass das eine relativ zu dem anderen gleitet.
Des Weiteren wurde in der oben dargestellten Ausführungsform die Vorrichtung 9 zum Kammer-Reibschweißen (Vorrichtung zum Herstellen der gleitenden Komponente) als die Struktur erläutert, in der die Spindel in der axialen Richtung bewegt werden kann. Die Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente in der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern der Trägerabschnitt kann in der axialen Richtung beweglich sein.
Des Weiteren wurde in der oben dargestellten Ausführungsform der Fall erläutert, in dem der Halteabschnitt 93A der Rückhaltevorrichtung 93, in Draufsicht (in der Richtung entlang der Achse α gesehen), eine hexagonale Form hat. Die Rückhaltevorrichtung, die eingesetzt werden kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, das heißt, der Halteabschnitt kann eine andere polygonale Form (beispielsweise oktagonale Form) haben oder kann eine Kreisform haben, die einen Durchmesser hat, der geringfügig größer ist als der des Gleitelementes 5.
In der oben dargestellten Ausführungsform wurde der Kolbengleitschuh als ein Beispiel für die gleitende Komponente beschrieben. Die gleitende Komponente der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, das heißt, die vorliegende Erfindung kann bei einer Vielzahl gleitender Komponenten eingesetzt werden, die durch einen aus Stahl oder Gusseisen bestehenden Träger-Teilabschnitt und einen aus Kupferlegierung bestehenden Gleit-Teilabschnitt gebildet werden, die miteinander verbunden sind. Des Weiteren kann, obwohl in der oben dargestellten Ausführungsform das Trägerelement (Träger-Teilabschnitt) aus Stahl bestand, das Trägerelement (Träger-Teilabschnitt) aus Gusseisen bestehen.
Beispiele
Beispiel 1
Ein Trägerelement und ein Gleitelement mit Formen, die denen der oben dargestellten Ausführungsform gleichen, wurden gefertigt (siehe 5), und der Vorgang in der oben dargestellten Ausführungsform bis auf das Verbinden mit einem Kolbenkörper wurde ausgeführt, um ein Teststück (Kolbengleitschuh) herzustellen, das das Trägerelement und das Gleitelement aufweist, die mittels Kammer-Reibschweißen verbunden wurden. Das Teststück wurde dann Experimenten zum Messen der Struktur und Härte desselben unterzogen. Die Ergebnisse der Experimente sind im Folgenden aufgeführt.
8 zeigt Fotografien, der Metallstruktur in der Nähe des Verbindungsabschnitts zwischen dem Träger-Teilabschnitt 2 (Stahl) und dem Gleit-Teilabschnitt 3 (hochfestes Messing). Das heißt, 8 zeigt den Zustand, in dem das erzeugte Teststück in einem Querschnitt senkrecht zu der Verbindungsfläche geschnitten und mit einer Eisenchlorid-Lösung geätzt wurde. 9 zeigt lichtmikroskopische Aufnahmen der Bereiche A-1 bis A-4, B-1 bis B-4, C-1 bis C-4 sowie D-1 bis D-4 in 8 in vergrößerter Ansicht. Der numerische Wert an der rechten Oberseite jeder mikroskopischen Aufnahme in 9 gibt die Korngröße (in μm) in dieser mikroskopischen Aufnahme an.
Anhand von 8 wird bestätigt, dass der Träger-Teilabschnitt 2 und der Gleit-Teilabschnitt 3 über die gesamte Fläche gut verbunden worden sind. Des Weiteren ist ein mit dunkler Farbe dargestellter tiefgeätzter Bereich in dem Träger-Teilabschnitt 2 entlang der Verbindungs-Grenzfläche vorhanden.
Die Korngröße in jedem der Bereiche A-3, B-3, C-3 und D-3, die dem dunkel gefärbten Bereich entsprechen, ist, wie unter Bezugnahme auf 9 zu sehen ist, kleiner als die Korngröße in jedem der Bereiche A-4, B-4, C-4 und D-4, die dem Bereich außerhalb des dunkel gefärbten Bereiches entsprechen.
Damit wird bestätigt, dass in dem Kolbengleitschuh, der auf ähnliche Weise wie in der oben dargestellten Ausführungsform hergestellt wird, ein Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts in dem Träger-Teilabschnitt ausgebildet wird, der die Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts einschließt und kleinere Kristallkörner aufweist als andere Bereiche in dem Träger-Teilabschnitt. Weiterhin wird bestätigt, dass die Dicke des Verbindungsbereiches des Träger-Teilabschnitts (dunkel gefärbter Bereich) in der Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche in dem Bereich, der die Fläche einschließt, größer ist als an der Innenseite des Kolbengleitschuhs, der die gleitende Komponente ist (siehe Fotografie im oberen Teil von 8).
Die Härte jedes der Bereiche A, B, C und D in 8 wurde in der Richtung senkrecht zu der Verbindungs-Grenzfläche gemessen. Die Messergebnisse sind in 10 dargestellt. In 10 repräsentiert die horizontale Achse den Abstand zu der Verbindungs-Grenzfläche. Der Punkt, an dem der Wert auf der horizontalen Achse Null beträgt, entspricht der Verbindungs-Grenzfläche. In 10 entspricht der Bereich, in dem der Wert auf der horizontalen Achse negativ ist, dem Träger-Teilabschnitt 2 (Stahl), und entspricht der Bereich, in dem der Wert positiv ist, dem Gleit-Teilabschnitt 3 (hochfestes Messing). Die Härte ist, wie unter Bezugnahme auf 10 zu sehen ist, an der Verbindungs-Grenzfläche als der Grenze ungleichmäßig. Dadurch wird bestätigt, dass der Stahl, der den Träger-Teilabschnitt 2 bildet, und das hochfeste Messing, das den Gleit-Teilabschnitt 3 bildet, gut direkt miteinander verbunden worden sind, ohne dass sich eine andere Substanz zwischen ihnen befindet.
11 zeigt die Härteverteilung in dem Gleit-Teilabschnitt 3 in der Nähe der Verbindungs-Grenzfläche. In dem Bereich, in dem der Abstand zu der Verbindungs-Grenzfläche 100 μm oder weniger beträgt, verringert sich, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, die Härte mit kürzer werdendem Abstand zu der Verbindungs-Grenzfläche. Das heißt, anhand der Messergebnisse in 11 wird bestätigt, dass in dem Gleit-Teilabschnitt ein Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet worden ist, der die Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts einschließt und eine geringere Härte hat als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt. Die Entsprechung zwischen dem Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts, der der Bereich geringerer Härte ist, und der Metallstruktur wird im Folgenden beschrieben.
12 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme, die die Struktur der Kupferlegierung darstellt. 13 zeigt lichtmikroskopische Aufnahmen der Metallstruktur in den Bereichen A-1, A-2, B-1, B-2, C-1, C-2, D-1 und D-2 in 8 bzw. der Metallstruktur des hochfesten Messings, das den Gleit-Teilabschnitt bildet. Das hochfeste Messing, das den Gleit-Teilabschnitt bildet, enthält, wie unter Bezugnahme auf 12 zu sehen ist, α-Phase 71 und β-Phase 72, die eine Matrix bilden, sowie Präzipitate 73, die eine größere Härte haben als die Matrix. Aus 13 ist zu ersehen, dass die Präzipitate in dem Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts (in der Nähe der Verbindungs-Grenzfläche in A-2, B-2, C-2 und D-2) kleiner sind als die Präzipitate in anderen Bereichen (beispielsweise in A-1, B-1, C-1 und D-3) in dem Gleit-Teilabschnitt. Das heißt, der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts, der ein Bereich geringer Härte ist, entspricht dem Bereich, in dem die Präzipitate geringe Größe haben. Des Weiteren beträgt, wie aus 13 ersichtlich wird, die Dicke des Verbindungsbereiches des Gleit-Teilabschnitts 0,2 mm oder weniger.
Weiterhin wird anhand von 13 bestätigt, dass ein Präzipitat-Aggregat 73A als ein Aggregat von Präzipitaten in dem Bereich innerhalb des Verbindungsbereiches des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet worden ist, der in Kontakt mit der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts ist. Weiterhin bestätigt sich anhand von 13, dass nahezu keine β-Phase in dem Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts (in der Nähe der Verbindungs-Grenzfläche in A-2, B-2, C-2 und D-2 vorhanden ist, und dass der Volumenanteil an der α-Phase in diesem Bereich höher ist als in anderen Bereichen. Es wird davon ausgegangen, dass eine derartige Struktur des Gleit-Teilabschnitts auf folgende Weise ausgebildet wird.
14 ist eine schematische Darstellung, die den Verteilungszustand von Präzipitaten innerhalb des Gleit-Teilabschnitts des Kolbengleitschuhs zeigt. In dem Reib-Schritt bei dem in der oben dargestellten Ausführungsform erläuterten Kammer-Reibschweißen dreht sich das Trägerelement 4 und wird dabei an das Gleitelement 5 gepresst. Es sind, wie unter Bezugnahme auf 14 zu sehen ist, große Präzipitate 73B und kleine Präzipitate 73C in dem Gleitelement 5 vorhanden, das aus hochfestem Messing besteht. Bevor der Reibschritt eingeleitet wird, sind die großen Präzipitate 73B und die kleinen Präzipitate 73C gemischt und gleichmäßig verteilt. Im Anfangsstadium des Reibschritts wird der Bereich in der Nähe der Kontaktfläche durch Reibungswärme erhitzt.
Anschließend wird ein Bereich 82 in der Nähe der Kontaktfläche des Gleitelementes 5, der dem Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts entspricht, im Verlauf der Zeit durch die Reibungswärme erweicht. Dadurch beginnt Verformung des Bereichs 82 in der Nähe der Kontaktfläche aufgrund der Kontaktlast zwischen dem Trägerelement 4 und dem Gleitelement 5. Im Verlauf der Verformung werden die großen Präzipitate 73B zu kleinen Präzipitaten 73C aufgebrochen. Dadurch werden die großen Präzipitate 73B in dem Bereich 82 in der Nähe der Kontaktfläche weniger und nimmt der Volumenanteil der kleinen Präzipitate 73C zu. Dabei wird ein Teil des verformten Gleitelementes 5 als kleiner Grat bzw. Rand 59 an der Außenumfangsfläche des Trägerelementes 4 angelagert.
Im weiteren Verlauf verformt sich der Bereich 82 in der Nähe der Kontaktfläche, der durch die Reibungswärme erweicht worden ist, vollständig, und die kleinen Präzipitate 73C werden, wie in 14 gezeigt, in dem Bereich 82 in der Nähe der verformten Kontaktfläche dicht gepackt. Daher wird davon ausgegangen, dass das Präzipitat-Aggregat 73A als das Aggregat feiner Präzipitate in dem Bereich innerhalb des Verbindungsbereiches des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet wird, der in Kontakt mit der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts (in der Nähe der Verbindungs-Grenzfläche in A-2, B-2, C-2 und D-2) ist. Es wird ebenfalls davon ausgegangen, dass, wenn der plastisch verformte Bereich 82 in der Nähe der Kontaktfläche in dem Schritt zum Nitrocarburieren erneut erhitzt wird, der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet wird, der einen höheren Volumenanteil an α-Phase hat.
Beispiel 2
Ein Teststück wurde gefertigt, indem ein aus Stahl (JIS SCM440H) bestehendes Trägerelement und ein aus hochfestem Messing bestehendes Gleitelement mittels Kammer-Reibschweißen über den dem in der vorliegenden Ausführungsform gleichenden Vorgang verbunden wurden. Dieses Teststück wurde einem Scherversuch unterzogen, um ein Experiment zum Überprüfen der Festigkeit des Verbindungsabschnitts durchzuführen. Der Versuch wurde auf die im Folgenden beschriebene Weise durchgeführt.
15 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Testen der Scherfestigkeit darstellt. Ein Teststück 50 weist, wie unter Bezugnahme auf 15 zu sehen ist, eine Struktur auf, bei der ein aus Stahl bestehendes Trägerelement 51 und ein aus hochfestem Messing bestehendes Gleitelement 52, wie in der oben dargestellten Ausführungsform, mittels Kammer-Reibschweißen verbunden wurden. Eine Scherversuch-Vorrichtung 60 enthält einen Hauptkörper 61, der einen Teststück-Halteabschnitt 61A aufweist, der ein vertiefter Abschnitt zum Halten eines Teststücks ist, sowie einen Lastausübungs-Abschnitt 62, der Last auf das Teststück 50 ausübt. Der Teststück-Halteabschnitt 61A hat eine Form, die lediglich das Trägerelement 51 aufnimmt, so dass nur das Gleitelement 52 aus dem Teststück-Halteabschnitt 61A vorsteht. Der Lastausübungs-Abschnitt 62 kann in der mit einem Pfeil γ angedeuteten Richtung abgesenkt werden, um Last in der Richtung entlang der Verbindungs-Grenzfläche zwischen dem Trägerelement 51 und dem Gleitelement 52 auszuüben. Es wurden zwei Teststücke gefertigt, und die Beanspruchung (Scherbeanspruchung) zu dem Zeitpunkt, zu dem das jeweilige der Teststücke brach, wurde berechnet (Beispiele A und B). Des Weiteren wurden zu Vergleichszwecken auch Teststücke gefertigt, indem ein Pulver-Formteil zwischen einem Trägerelement 51 und einem Gleitelement 52 angeordnet wurde und Sinter-Bonding des Trägerelementes 51 und des Gleitelementes 52 durchgeführt wurde. Die Teststücke wurden einem ähnlichen Test unterzogen (Vergleichsbeispiele A und B).
16 zeigt die Ergebnisse des Scherfestigkeitsversuchs. Während, wie unter Bezugnahme auf 16 zu sehen ist, die Scherfestigkeit der Vergleichsbeispiele, deren Struktur der eines herkömmlichen Kolbengleitschuhs gleicht, 25,2 kgf/mm² betrug, betrug die Scherfestigkeit der mittels Kammer-Reibschweißen hergestellten Beispiele 29,2 bis 34,4 kgf/mm². Diese Festigkeit ist erheblich höher als die eines herkömmlichen Beispiels und ist mit der des Trägermaterials vergleichbar. Anhand der oben beschriebenen Versuchsergebnisse ist bestätigt worden, dass es bei dem Verfahren zum Herstellen eines Gleitelementes in der vorliegenden Erfindung möglich ist, eine gleitende Komponente zu schaffen, bei der der Gleit-Teilabschnitt sicher an dem Träger-Teilabschnitt befestigt ist.
Es sollte klar sein, dass hier offenbarte Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung definiert sich anhand der Vorgaben der Patentansprüche und nicht anhand der oben stehenden Beschreibung und soll jegliche Abwandlungen sowie Verbesserungen innerhalb des Schutzumfangs sowie der Auslegung äquivalent zu den Vorgaben der Patentansprüche einschließen.
Industrielle Einsatzmöglichkeiten
Die gleitende Komponente, das Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente sowie die Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente der vorliegenden Erfindung können besonders vorteilhaft bei der gleitenden Komponente, die einen aus Stahl oder Gusseisen bestehenden Träger-Teilabschnitt und einen aus Kupferlegierung bestehenden Gleit-Teilabschnitt aufweist, sowie der Herstellung derselben eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kolbengleitschuh;
1A: Fläche;
2: Träger-Teilabschnitt;
3: Gleit-Teilabschnitt;
4: Trägerelement;
4A: Kontaktfläche des Trägerelementes;
4B: Scheibenabschnitt;
4C: zylindrischer Abschnitt;
5: Gleitelement;
5A: Kontaktfläche des Gleitelementes;
9: Vorrichtung zum Kammer-Reibschweißen;
21: kugelförmiger Abschnitt;
21A: flacher Teil;
22: Scheibenabschnitt;
23: Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts;
24: Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts;
29: Mittelloch;
29A: erster Bereich;
29B: zweiter Bereich;
29C: dritter Bereich;
29D: vierter Bereich;
31: Gleitfläche;
31A: Nut;
32: Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts;
34: Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts;
50: Teststück;
51: Trägerelement;
52: Gleitelement;
59: Grat;
60: Scherversuch-Vorrichtung;
61: Hauptkörper;
61A: Teststück-Halteabschnitt;
62: Lastausübungs-Abschnitt;
71: α-Phase;
72: β-Phase;
73: Präzipitat;
73A: Präzipitat-Aggregat;
73B: großes Präzipitat;
73C: kleines Präzipitat;
82: Bereich in der Nähe der Kontaktfläche;
90: Rahmen;
90A: Welle;
90B: Spindel-Bewegungsmotor;
90C: Spindel-Trageabschnitt;
91: Trägerkörper;
92: Vorrichtungs-Halter;
92: Vorrichtungs-Halteabschnitt;
93: Rückhaltevorrichtung;
93A: Halteabschnitt;
93B: Zwischenraum;
94: Aufspannvorrichtung;
95: Spindel;
95B: Spindelmotor;
96: Last-Sensor;
97: Abstands-Einstellabschnitt;
98: Trägerabschnitt; und
99: Teil.

Claims

Gleitende Komponente mit einer Gleitfläche, die umfasst: einen Träger-Teilabschnitt, der aus Stahl oder Gusseisen besteht; und einen Gleit-Teilabschnitt, der die Gleitfläche aufweist, aus Kupferlegierung besteht und mit dem Träger-Teilabschnitt verbunden ist; wobei der Träger-Teilabschnitt und der Gleit-Teilabschnitt verbunden sind, ein Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts in dem Träger-Teilabschnitt ausgebildet ist, der Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts eine Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts einschließt, die eine mit dem Gleit-Teilabschnitt verbundene Fläche ist, und er kleinere Kristallkörner aufweist als andere Bereiche in dem Träger-Teilabschnitt.
Gleitende Komponente nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsbereich des Träger-Teilabschnitts eine Dicke in einer Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche des Träger-Teilabschnitts hat, die in einem Bereich, der eine Oberfläche der gleitenden Komponente einschließt, größer ist als an der Innenseite der gleitenden Komponente.
Gleitende Komponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts in dem Gleit-Teilabschnitt ausgebildet ist, der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts eine Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts einschließt, die eine mit dem Träger-Teilabschnitt verbundene Fläche ist, und er eine geringere Härte hat als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt.
Gleitende Komponente nach Anspruch 3, wobei der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts eine Dicke von 0,2 mm oder weniger in einer Richtung senkrecht zu der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts hat.
Gleitende Komponente nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Kupferlegierung hochfestes Messing ist.
Gleitende Komponente nach Anspruch 5, wobei das hochfeste Messing, das den Gleit-Teilabschnitt bildet, Präzipitate enthält, die eine größere Härte haben als eine Matrix, und die Präzipitate in dem Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts kleiner sind als die Präzipitate in anderen Bereichen in dem Gleit-Teilabschnitt.
Gleitende Komponente nach Anspruch 6, wobei ein Präzipitat-Aggregat als ein Aggregat der Präzipitate in einem Bereich im Inneren des Verbindungsbereiches des Gleit-Teilabschnitts ausgebildet ist, der in Kontakt mit der Verbindungsfläche des Gleit-Teilabschnitts ist.
Gleitende Komponente nach einem der Ansprüche 5–7, wobei der Verbindungsbereich des Gleit-Teilabschnitts einen höheren Volumenanteil an α-Phase hat als andere Bereiche in dem Gleit-Teilabschnitt.
Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente, das die Schritte umfasst, in denen: ein aus Stahl oder Gusseisen bestehendes Trägerelement und ein aus Kupferlegierung bestehendes Gleitelement gefertigt werden; ein Bereich innerhalb des Trägerelementes, der eine Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, die eine Fläche des Trägerelementes ist, die in Kontakt mit dem Gleitelement kommt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wird, indem veranlasst wird, dass das mit dem Gleitelement in Kontakt gebrachte Trägerelement relativ zu dem Gleitelement gleitet, um Reibungswärme zu erzeugen; und das Trägerelement und das Gleitelement miteinander verbunden werden, indem der Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, in dem Zustand, in dem das erhitzte Trägerelement in Kontakt mit dem Gleitelement gehalten wird, auf eine Temperatur unter dem Umwandlungspunkt A₁ abgekühlt wird.
Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente nach Anspruch 9, wobei in dem Schritt, in dem der Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wird, sich das Trägerelement relativ zu dem Gleitelement dreht und dabei an das Gleitelement gepresst wird, ohne seine Position relativ zu dem Gleitelement zu ändern.
Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente nach Anspruch 9 oder 10, wobei in dem Schritt, in dem der Bereich, der die Kontaktfläche des Trägerelementes einschließt, auf eine Temperatur nicht unter dem Umwandlungspunkt A₁ erhitzt wird, und in dem Schritt, in dem das Trägerelement und das Gleitelement miteinander verbunden werden, das Gleitelement an einer Außenumfangsseite einer Kontaktfläche des Gleitelementes gehalten wird, die eine Fläche des Gleitelementes ist, die in Kontakt mit dem Trägerelement kommt.
Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente nach einem der Ansprüche 9–11, wobei die Kupferlegierung hochfestes Messing ist.
Verfahren zum Herstellen einer gleitenden Komponente nach Anspruch 12, das des Weiteren den Schritt einschließt, in dem in einem Bereich innerhalb des Gleitelementes, der in Kontakt mit der Kontaktfläche des Gleitelementes ist, ein Bereich ausgebildet wird, der einen höheren Volumenanteil an α-Phase hat als andere Bereiche in dem Gleitelement, indem das Gleitelement in dem Zustand erhitzt wird, in dem das Trägerelement und das Gleitelement miteinander verbunden sind.
Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente durch Verbinden eines aus Stahl oder Gusseisen bestehenden Trägerelementes und eines aus Kupferlegierung bestehenden Gleitelementes, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Spindel, die um eine Achse herum gedreht werden kann; einen Trägerabschnitt, der von der Spindel in der axialen Richtung beabstandet angeordnet ist; und einen Abstands-Einstellabschnitt, der einen Abstand zwischen der Spindel und dem Trägerabschnitt einstellt; wobei die Spindel einen ersten Halteabschnitt enthält, der das Trägerelement oder das Gleitelement so hält, dass es dem Trägerabschnitt zugewandt ist, der Trägerabschnitt einen zweiten Halteabschnitt enthält, der das andere Element von dem Trägerelement und dem Gleitelement so hält, dass es dem ersten Halteabschnitt zugewandt ist, und der erste Halteabschnitt und der zweite Halteabschnitt so angeordnet sind, dass in dem Zustand, in dem das Trägerelement und das Gleitelement in Kontakt miteinander gebracht werden und dabei der Abstand zwischen der Spindel und dem Trägerabschnitt durch den Abstands-Einstellabschnitt eingestellt wird, der erste oder der zweite Halteabschnitt, der das Gleitelement hält, einen Außenumfang einer Kontaktfläche des Gleitelementes umschließt, die eine Fläche des Gleitelementes ist, die in Kontakt mit dem Trägerelement kommt.
Vorrichtung zum Herstellen einer gleitenden Komponente nach Anspruch 14, wobei die Spindel oder/und der Trägerabschnitt mit einem Last-Sensor versehen ist/sind, der eine Kontaktlast zwischen dem Trägerelement und dem Gleitelement erfasst.