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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors, wobei der Kolbenschuh einen aus Stahl bestehenden Träger-Teilabschnitt hat, an dem ein Gleit-Teilabschnitt befestigt ist, der aus einer Kupferlegierung besteht, die einen schwächeren Verformungswiderstand als Stahl aufweist.
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Technischer Hintergrund
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Aus dem Stand der Technik nach
DE 36 26 009 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Metallkörpern mit anderen metallischen oder nichtmetallischen, insbesondere keramischen Teilen bekannt. Zu diesem Zweck ist der metallische Körper am Ort der Verbindung durch rotatorisch erzeugte Reibungswärme plastisch zu machen und dann durch Druck derart zu verstauchen, dass sich eine Wulst ausbildet und gleichzeitig derart geführt, dass es formschlüssig in eine Ausnehmung im anderen Teil eingreift.
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Zusätzlich offenbart
DE 10 2006 035 927 A1 einen Werkzeugstift, der an unterschiedlichste Anforderungen anpassbar ist, wobei ein modularer Aufbau des Werkzeugstifts vorgesehen ist, wobei zumindest zwei der Teile Kopf, Schaft oder Stiftende als eigenständige Modulteile ausgebildet sind, die mit Hilfe eines Fügeprozesses mechanisch fest zusammengefügt sind. Als ein möglicher Fügeprozess von Kopf und Schaft ist Reibschweißen offenbart.
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Des Weiteren geht aus
DE 299 05 633 U1 ein Verfahren zur Reibschweißverbindung eines Bauteils aus Gussmaterial und eines Bauteils aus einem anderem Metall, insbesondere Stahl, hervor. Zumindest eines der Bauteile weist am Rand des Verbindungsbereichs wenigstens einen axialen Vorsprung auf, wobei der Vorsprung als kleiner, axial vorstehender Bund ausgebildet ist, der so geringe Abmessungen aufweist, dass er beim Reibschweißen verschwindet.
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Außerdem kann ein Metallelement, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente aneinander befestigt sind, als ein Maschinenbauteil eingesetzt werden. Beispielsweise ist ein Kolbenschuh einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors bekannt, der einen aus Stahl bestehenden Träger-Teilabschnitt hat, an dem ein aus Kupferlegierung bestehender Gleit-Teilabschnitt befestigt ist. Als ein Kolbenschuh dieses Typs kann ein Kolbenschuh eingesetzt werden, bei dem der Gleit-Teilabschnitt mittels Verstemmen an dem Träger-Teilabschnitt befestigt wird.
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Zum Befestigen des Gleit-Teilabschnitts an dem Träger-Teilabschnitt mittels Verstemmen muss der Gleit-Teilabschnitt auf eine vorgegebene Form bearbeitet werden, die das Verstemmen ermöglicht, bevor er an dem Träger-Teilabschnitt angebracht wird. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten für das gleitende Bauteil aufgrund des für das Bearbeiten des Gleit-Teilabschnitts erforderlichen Aufwandes. Darüber hinaus ist ein Kolbenschuh 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 dadurch mit dem Träger-Teilabschnitt in Eingriff gebracht wird (siehe beispielsweise
JP H10 89241 A ).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei dem Aufbau des in
JP H10 89241 A beschriebenen Kolbenschuhs wird der Gleit-Teilabschnitt lediglich mittels Eingriff an dem Träger-Teilabschnitt befestigt. Wenn der Kolbenschuh einen Stoß erhält, kann der Zustand der Befestigung des Gleit-Teilabschnitts an dem Träger-Teilabschnitt instabil werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors zu schaffen, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente (Träger-Teilabschnitt und Gleit-Teilabschnitt) direkt fest miteinander verbunden sind.
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Lösung des Problems
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Obige Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenschuhs einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors mit den im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Der in der nachfolgenden Beschreibung verwendete allgemeine Begriff „Metallelement“ umfasst einen Kolbenschuh gemäß der vorliegenden Erfindung. Der in der nachfolgenden Beschreibung verwendete allgemeine Begriff „erstes Element“ umfasst einen Träger-Teilabschnitt des Kolbenschuhs gemäß der vorliegenden Erfindung. Der in der nachfolgenden Beschreibung verwendete allgemeine Begriff „zweites Element“ umfasst einen Gleit-Teilabschnitt des Kolbenschuhs gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß einem hierin offenbarten Aspekt schließt die Schritte des Fertigens eines ersten Elementes, das aus einem ersten Metall besteht und in dem ein vertiefter Abschnitt ausgebildet ist, und eines zweiten Elementes, das aus einem zweiten Metall besteht, das einen schwächeren Verformungswiderstand aufweist als das erste Metall, sowie des Verbindens des ersten Elementes und des zweiten Elementes ein. Der Schritt des Verbindens des ersten Elementes und des zweiten Elementes schließt einen Schritt ein, in dem Temperaturen des ersten Elementes und des zweiten Elementes erhöht werden, indem das zweite Element relativ in Bezug auf das erste Element gedreht wird und dabei das zweite Element gleichzeitig relativ an das erste Element gepresst wird, wobei wenigstens ein Teil des zweiten Elementes in dem vertieften Abschnitt aufgenommen ist, sowie einen Schritt, in dem die relative Drehung des zweiten Elementes in Bezug auf das erste Element angehalten wird und das erste Element und das zweite Element abgekühlt werden und dabei die Elemente aneinandergepresst werden.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß dem hierin offenbarten Aspekt werden das erste Element und das zweite Element erhitzt, während das zweite Element relativ gedreht wird und dabei gleichzeitig an das erste Element gepresst wird, wobei wenigstens ein Teil des zweiten Elementes in dem vertieften Abschnitt des ersten Elementes aufgenommen ist. Dabei weist das zweite Element einen schwächeren Verformungswiderstand auf als das erste Element, so dass das zweite Element verformt wird. Diese Verformung des zweiten Elementes wird durch die Wandfläche beschränkt, die den vertieften Abschnitt des ersten Elementes begrenzt. Damit wird verhindert, dass die durch die Reibung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element erzeugte Wärme aus dem Inneren des vertieften Abschnitts freigesetzt wird. Das erste und das zweite Element, die so erhitzt wurden, werden abgekühlt und dabei in dem Zustand gehalten, in dem sie in Kontakt miteinander sind, so dass das erste Element und das zweite Element direkt verbunden werden.
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Mit dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß dem hierin offenbarten Aspekt ist es damit möglich, das Metallelement herzustellen, das einen Aufbau hat, bei dem die aus unterschiedlichen Metallen bestehenden Elemente direkt fest miteinander verbunden werden.
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Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes enthält das erste Element eine Bodenfläche des vertieften Abschnitts, die den vertieften Abschnitt begrenzt, sowie eine Seitenfläche des vertieften Abschnitts, die den vertieften Abschnitt begrenzt und sich in einer Richtung erstreckt, die die Bodenfläche des vertieften Abschnitts kreuzt. In dem Schritt des Erhöhens der Temperaturen des ersten Elementes und des zweiten Elementes wird das zweite Element relativ gedreht, wobei es gleichzeitig relativ an die Bodenfläche des vertieften Abschnitts des ersten Elementes gepresst wird. Dies ermöglicht leichte Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Metallelementes.
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Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes wird in dem Schritt des Erhöhens der Temperaturen des ersten Elementes und des zweiten Elementes das zweite Element so verformt, dass es mit der Seitenfläche des vertieften Abschnitts in Kontakt kommt. Wenn die Verformung des zweiten Elementes durch die Seitenfläche des vertieften Abschnitts so beschränkt wird, ermöglicht dies leichte Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Metallelementes.
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Das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes schließt des Weiteren den Schritt ein, in dem in einem Zustand, in dem das erste Element und das zweite Element verbunden sind, das erste Element bearbeitet wird, um die Seitenfläche des vertieften Abschnitts zu entfernen. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, das Metallelement zu schaffen, das ausgebildet wird, wenn das erste Element an der Bodenfläche seines vertieften Abschnitts mit dem zweiten Element verbunden wird.
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Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes kann in dem Schritt des Erhöhens der Temperaturen des ersten Elementes und des zweiten Elementes das zweite Element gedreht werden, während das erste Element stationär ist. Dies ermöglicht leichte Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Metallelementes.
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Das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes kann des Weiteren den Schritt einschließen, in dem in einem Zustand, in dem das erste Element und das zweite Element verbunden sind, ein Grat entfernt wird, der aufgrund von Verformung des zweiten Elementes in dem Schritt des Erhöhens der Temperaturen des ersten Elementes und des zweiten Elementes ausgebildet wird. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, das Metallelement zu schaffen, von dem der Grat entfernt ist, der beim Verbinden des ersten Elementes und des zweiten Elementes entstanden ist.
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Effekte der Erfindung
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Wie aus der oben stehenden Beschreibung deutlich wird, ist es mit dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß dem hierin offenbarten Aspekt möglich, das Metallelement herzustellen, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente direkt fest miteinander verbunden sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Metallelementes zeigt;
- 2 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes darstellt;
- 3 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen eines Metallelementes zeigt;
- 4 ist eine schematische Schnittansicht, die die Funktion der Vorrichtung zum Herstellen eines Metallelementes zeigt;
- 5 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes darstellt;
- 6 ist eine weitere schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß der dritten Ausführungsform darstellt; und
- 7 ist eine Fotografie, die ein Beispiel eines Metallelementes zeigt, bei dem ein aus Stahl bestehendes erstes Element und ein aus Messing bestehendes zweites Element miteinander verbunden sind; und
- 8 ist eine Fotografie, die den Zustand an der Grenzfläche zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element und um sie herum zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsform
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Eine Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. In den folgenden Zeichnungen werden die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
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1 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Metallelementes (Maschinenbauteil) zeigt, das mit dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt werden kann. Das Metallelement 1 hat, wie unter Bezugnahme auf 1 zu sehen ist, einen Aufbau, bei dem ein aus einem ersten Metall bestehendes erstes Element 10 und ein aus einem zweiten Metall bestehendes zweites Element 20 miteinander verbunden sind.
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Das erste Element 10 hat eine zylindrische (scheibenartige) Form. Eine Endfläche 11 des ersten Elementes 10 dient als eine Fläche zur Verbindung mit dem zweiten Element 20. Das zweite Element 20 hat eine zylindrische Form. Eine Endfläche 21 des zweiten Elementes 20 dient als eine Fläche zur Verbindung mit dem ersten Element 10.
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Das zweite Metall, das das zweite Element 20 bildet, weist einen schwächeren Verformungswiderstand als den des ersten Metalls auf, das das erste Element 10 bildet. Dieses Metallelement 1 kann mit dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes in der vorliegenden Ausführungsform wie im Folgenden beschrieben hergestellt werden.
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2 ist ein Flussdiagramm, das schematisch das Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes darstellt. 3 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen eines Metallelementes zeigt. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die die Funktion der Vorrichtung zum Herstellen eines Metallelementes zeigt. 5 und 6 sind schematische Schnittansichten, die das Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes darstellen.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen des Metallelementes 1 in der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, als ein Schritt S10 ein Schritt zum Fertigen geformter Elemente ausgeführt. In diesem Schritt S10 werden, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, beispielsweise ein aus thermisch vergütetem Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau bestehendes erstes Element 10 und ein aus hochfestem Messing bestehendes zweites Element 20 gefertigt. Das zweite Element 20 hat eine zylindrische Form.
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Das erste Element 10 hat eine zylindrische Form (Scheibenform). Das erste Element 10 weist einen vertieften Abschnitt 10A auf. Der vertiefte Abschnitt 10A ist so ausgebildet, dass er eine Mittelachse des ersten Elementes 10 einschließt. Der vertiefte Abschnitt 10A hat eine zylindrische Form. Die Mittelachse des ersten Elementes 10 und die Mittelachse des vertieften Abschnitts 10A sind miteinander fluchtend. Das erste Element 10 enthält eine Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts, die den vertieften Abschnitt 10A begrenzt, sowie eine Seitenfläche des vertieften Abschnitts, die den vertieften Abschnitt 10A begrenzt und sich in einer Richtung erstreckt, die die Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts kreuzt.
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Die Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts des ersten Elementes 10 dient als eine Kontaktfläche des ersten Elementes, die eine plane Fläche ist, die mit dem zweiten Element 20 verbunden wird. Die eine Endfläche 21 des zweiten Elementes 20 dient als eine Kontaktfläche des zweiten Elementes, die eine plane Fläche ist, die mit dem ersten Element 10 verbunden wird.
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Anschließend wird als ein Schritt S20 ein Reinigungs-Schritt ausgeführt. In diesem Schritt S20 werden das erste Element 10 und das zweite Element 20, die in dem Schritt S10 gefertigt wurden, gereinigt. Das erste Element 10 und das zweite Element 20 werden beispielsweise unter Verwendung von Methanol, Ethanol, Aceton oder anderer Flüssigkeit gereinigt. Damit werden etwaige Fremdkörper entfernt, die nach dem Schneiden, Bearbeiten oder anderen Prozessen zum Fertigen des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 an dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 haften. Bei dem Verfahren zum Herstellen des Metallelementes 1 in der vorliegenden Ausführungsform kann Feinstbearbeitung an der einen Endfläche 21 des zweiten Elementes 20 weggelassen werden. Die eine Endfläche 21 des zweiten Elementes 20 kann wie geschnitten belassen werden.
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Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, ein Schritt zum Kammer-Reibschweißen ausgeführt. Dieser Schritt zum Kammer-Reibschweißen schließt einen Schritt zur Vorbereitung zum Verbinden, einen Reib-Schritt und einen Abkühl-Schritt ein.
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Im Folgenden wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallelementes beschrieben, mit der das Metallelement 1 mittels Durchführen von Kammer-Reibschweißen hergestellt wird. Eine Kammer-Reibschweiß-Vorrichtung 9, die die Vorrichtung zum Herstellen eines Metallelementes ist, enthält eine Spindel 95, die um eine Achse α herum gedreht werden kann, einen Trägerabschnitt 98, der von der Spindel 95 in der Richtung der Achse α beabstandet ist, einen Antriebsabschnitt 97, der den Abstand zwischen der Spindel 95 und dem Trägerabschnitt 98 einstellt, indem er die Spindel 95 in den Richtungen der Achse α antreibt, sowie ein Gestell 90, das die Spindel 95 und den Trägerabschnitt 98 trägt.
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Im Inneren des Gestells 90 ist, wie unter Bezugnahme auf 3 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 90C in den Richtungen bewegen kann, in denen sich die Welle 90A erstreckt. Ein Spindel-Bewegungsmotor 90B, mit dem die Welle 90A angetrieben wird, 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 den Richtungen der Achse α. Dadurch kann der Abstand zwischen der Spindel 95 und dem Trägerabschnitt 98 eingestellt werden. Die Welle 90A, der Spindel-Trageabschnitt 90C und der Spindel-Bewegungsmotor 90B bilden den Antriebsabschnitt 97.
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Die Spindel 95 enthält einen Spannkopf 94 der rotierenden Seite, der das zweite Element 20 so hält, dass es dem Trägerabschnitt 98 gegenüberliegt. Mit der Spindel 95 ist ein Spindelmotor 95B verbunden, der die Spindel 95 drehend um die Achse α herum antreibt. An der Spindel 95 ist des Weiteren ein Lastsensor 96 angebracht, der eine Kontaktlast zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 erfasst. Der Lastsensor 96 erfasst die Kontaktlast zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 anhand der Stärke der Kontakt-Reaktionskraft zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20, die auf den Spannkopf 94 der rotierenden Seite ausgeübt wird. Obwohl der Lastsensor 96 keine zwingend erforderliche Komponente für die Kammer-Reibschweiß-Vorrichtung 9 ist, erleichtert der Sensor, wenn er vorhanden ist, Einstellen der Kontaktlast zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 auf einen geeigneten Bereich.
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Der Trägerabschnitt 98 enthält einen Spannkopf 92 der stationären Seite, der das erste Element 10 so hält, dass es dem Spannkopf 94 der rotierenden Seite gegenüberliegt. Der Trägerabschnitt 98 enthält, wie unter Bezugnahme auf 3 und 4 zu sehen ist, einen Träger-Körper 91 und den Spannkopf 92 der stationären Seite. Der Träger-Körper 91 ist an dem Gestell 90 angeordnet. Der Spannkopf 92 der stationären Seite ist an dem Träger-Körper 91 befestigt. Der Spannkopf 92 der stationären Seite enthält eine Bodenfläche 92A, die das erste Element 10 in der axialen Richtung hält, sowie eine radiale Klemmfläche 92B, die das erste Element 10 in der radialen Richtung hält.
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Im Folgenden wird ein Ablauf des Schrittes zum Kammer-Reibschweißen im Einzelnen beschrieben. In dem Schritt zur Vorbereitung zum Verbinden, der als ein Schritt S30 ausgeführt wird, wird, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, das erste Element 10 durch den Spannkopf 94 der rotierenden Seite an der Außenumfangsfläche gehalten. Das zweite Element 20 wird durch den Spannkopf 92 der stationären Seite an der Außenumfangsfläche gehalten. Dabei sind das erste Element 10 und das zweite Element 20 so angeordnet, dass die Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts des ersten Elementes 10 und die eine Endfläche 91 des zweiten Elementes 20 einander gegenüberliegen und dass die Mittelachsen des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 mit der Drehachse α des Spannkopfes 94 der rotierenden Seite übereinstimmen.
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Anschließend wird als ein Schritt S40 der Reib-Schritt 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 auch durch den Spindel-Bewegungsmotor 90B so angetrieben, dass sie sich dem Trägerabschnitt 98 nähert. Daher nähert sich der Spannkopf 94 der rotierenden Seite dem Spannkopf 92 der stationären Seite und dreht sich dabei um die Achse α.
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Dann dreht sich, wie in 4 gezeigt, in einem Zustand, in dem wenigstens ein Teil (ein Bereich, der die eine Endfläche 21 einschließt) des zweiten Elementes 20 in dem vertieften Abschnitt 10A aufgenommen ist, das zweite Element 20 relativ und wird dabei mit einer vorgegebenen Last an das erste Element 10 gepresst, ohne seine Position relativ zu dem ersten Element 10 zu ändern. Das zweite Element 20 dreht sich und wird dabei gleichzeitig an die Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts des ersten Elementes 10 gepresst. Dadurch erhöhen sich aufgrund der Reibungswärme die Temperaturen der Kontaktabschnitte (Verbindungsabschnitt) des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20. Die Temperatur des zweiten Elementes 20 steigt beispielsweise auf eine Temperatur, die nicht unter dem Erweichungspunkt und unter dem Schmelzpunkt des zweiten Metalls liegt, das das zweite Element 20 bildet.
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Zum Beginn der Drehung ist zwischen einer Außenumfangsfläche 22 des zweiten Elementes 20 und der Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts des ersten Elementes 10 ein Zwischenraum vorhanden. Am Anfang der Drehung ist die Außenumfangsfläche 22 des zweiten Elementes 20 nicht in Kontakt mit der Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts des ersten Elementes 10.
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Das zweite Element 20 weist, wie oben erläutert, einen Verformungswiderstand auf, der schwächer ist als der des ersten Elementes 10. Wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, erweicht und verformt sich das erhitzte zweite Element 20 und kommt so in Kontakt mit der Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts. Die Verformung des zweiten Elementes 20 wird durch die Wandflächen (Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts und Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts) beschränkt, die den vertieften Abschnitt 10A des ersten Elementes 10 begrenzen. Dadurch wird verhindert, dass die durch die Reibung zwischen dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 erzeugte Wärme aus dem Inneren des vertieften Abschnitts 10A freigesetzt wird. Der vertiefte Abschnitt 10A wird mit dem erweichten zweiten Element 20 gefüllt. Aufgrund von Verformung des zweiten Elementes 20 wird ein Grat 29 ausgebildet.
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Anschließend wird als ein Schritt S50 der Abkühl-Schritt ausgeführt. In diesem Schritt S50 wird zunächst die Drehgeschwindigkeit der Spindel 95 verringert und wird die Drehung angehalten. Danach wird die durch den Lastsensor 96 erfasste Presslast verringert. Dabei werden die Kontaktabschnitte des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 abgekühlt, wobei das erste Element 10 und das zweite Element 20, den Zustand aufrechterhalten, in dem sie aneinandergepresst werden. Dementsprechend werden das erste Element 10 und das zweite Element 20 verbunden. Anschließend wird die Presslast auf Null eingestellt und wird das Metallelement 1, das der strukturelle Körper ist, der durch das erste Element 10 und das zweite Element 20 gebildet wird, die miteinander verbunden sind, aus der Kammer-Reibschweiß-Vorrichtung 9 entnommen (siehe 6). Mit dem oben dargestellten Vorgang wird der Schritt zum Kammer-Reibschweißen abgeschlossen.
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Anschließend wird als ein Schritt S60 ein Bearbeitungs-Schritt ausgeführt. In diesem Schritt S60 wird das in dem Schritt S50 geschaffene Metallelement 1 spanender und anderweitiger Bearbeitung unterzogen. In dem Schritt S60 wird, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, in dem Zustand, in dem das erste Element 10 und das zweite Element 20 verbunden sind, der aufgrund von Verformung des zweiten Elementes 20 in dem Schritt S40 ausgebildete Grat 29 entfernt.
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In dem Schritt S60 wird, wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, des Weiteren in dem Zustand, in dem das erste Element 10 und das zweite Element 20 verbunden sind, das erste Element 10 so bearbeitet, dass die Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts entfernt wird. Das erste Element 10 wird entlang der unterbrochenen Linie A geschnitten, so dass der Außenumfangsbereich, der die Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts einschließt, sowie der Grat 29 entfernt werden. Mit dem oben dargestellten Vorgang wird das Metallelement 1 geschaffen, das der in 1 gezeigte, aus dem ersten Element 10 und dem zweiten Element 20 zusammengesetzte Körper ist. Das Entfernen des Außenumfangsbereiches, der die Seitenfläche 12 des vertieften Abschnitts einschließt, und das Entfernen des Grats 29 können durchgehend als ein einzelner Schritt durchgeführt werden oder können als separate Schritte zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt werden. Anschließend werden Wärmebehandlung, Fertigbearbeitung usw. entsprechend durchgeführt, so dass das Metallelement 1 fertiggestellt wird.
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Mit dem Verfahren zum Herstellen des Metallelementes 1 unter Verwendung der Kammer-Reibschweiß-Vorrichtung 9 in der vorliegenden Ausführungsform ist es, wie oben beschrieben, möglich, das Metallelement 1 herzustellen, das einen Aufbau hat, bei dem das aus dem ersten Metall bestehende erste Element 10 und das zweite Element 20, das aus dem zweiten Metall besteht, das einen schwächeren Verformungswiderstand hat als das erste Metall, direkt fest miteinander verbunden sind. Es wird das Metallelement 1 hergestellt, das den Aufbau hat, bei dem die aus unterschiedlichen Metallen bestehenden Elemente direkt fest miteinander verbunden sind.
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In dem Schritt S40 ist der Verformungswiderstand des zweiten Elementes 20 (zweites Metall) in dem Zustand erhöhter Temperatur vorzugsweise um 10 % oder mehr, besser um 50 % oder mehr und noch besser um 80 % oder mehr schwächer als der Verformungswiderstand des ersten Elementes 10 (erstes Metall) in dem Zustand erhöhter Temperatur. Das erste Element 10 und das zweite Element 20 können, wie oben erläutert, wie in der vorliegenden Ausführungsform in dem Fall verbunden werden, in dem das zweite Element 20 (zweites Metall) schwächeren Verformungswiderstand aufweist als das erste Element 10 (erstes Metall). Wenn der Unterschied zwischen dem Verformungswiderstand des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 jedoch gering ist, wird in dem Schritt S40 möglicherweise nicht nur das zweite Element 20, sondern auch das erste Element 10 verformt.
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In diesem Fall wäre es schwierig, das erste Element 10 und das zweite Element 20 zufriedenstellend zu verbinden, so dass die Temperaturen des ersten Elementes 10 und des zweiten Elementes 20 in dem Schritt S40 genauestens reguliert werden müssten. Wenn der Verformungswiderstand des zweiten Metalls in dem Zustand erhöhter Temperatur in dem Schritt S40 um 10 % oder mehr schwächer festgelegt wird als der des ersten Metalls, erleichtert dies Herstellung guter Verbindung. Wenn der Verformungswiderstand des zweiten Metalls um 50 % oder mehr oder sogar 80 % oder mehr schwächer festgelegt wird, kann dadurch Herstellung guter Verbindung weiter erleichtert werden.
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Beispiel
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Es wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem ein erstes Element 10 und ein zweites Element 20 mittels eines ähnlichen Verfahrens wie in der oben beschriebenen Ausführungsform verbunden wurden, um ein Muster des Metallelementes herzustellen. Als das Metall (erstes Metall), das das erste Element 10 bildet, wurde JIS SCM440 (angelassen und gehärtet) eingesetzt, bei dem es sich um Stahl (Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau) handelt. Als das Metall (zweites Metall), das das zweite Element 20 bildet, wurde hochfestes Messing eingesetzt. Das entstandene Muster wurde in einer Ebene geschnitten, die die Mittelachse einschließt. 7 ist eine Fotografie, die den Querschnitt zeigt. 8 ist eine Fotografie, die den Zustand an der Grenzfläche zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element und um sie herum zeigt.
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Wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, wurde ein Metallelement 1, das einen Aufbau hat, bei dem das erste Element 10 und das zweite Element 20 verbunden sind, mit dem Verfahren hergestellt, das dem in der oben dargestellten Ausführungsform gleicht. Aus 8 ist zu erkennen, dass das erste Element 10 und das zweite Element 20 an den Verbindungsflächen bzw. der Bodenfläche 11 des vertieften Abschnitts und der einen Endfläche 21 vorteilhaft verbunden sind. Die oben aufgeführten Versuchsergebnisse zeigen, dass mit dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Metallelement hergestellt werden kann, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente direkt fest miteinander verbunden sind.
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Obwohl in der Ausführungsform und dem Beispiel, die oben beschrieben werden, als Beispiel der Fall angeführt ist, in dem Stahl als das Metall (erstes Metall), das das erste Element bildet, und Messing als das Metall (zweites Metall), das das zweite Element bildet, eingesetzt wurden, sind die in der vorliegenden Ausführungsform einzusetzenden Metalle nicht darauf beschränkt. Beispiele für Kombinationen von Metallen, die eingesetzt werden können, sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
| Erstes Element | Zweites Element |
| Stahl | Messing |
| Stahl | Aluminiumlegierung |
| Stahl | Legierung auf Basis von Nickel |
| Sinterhartmetall | Stahl |
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Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes der vorliegenden Ausführungsform können, wie in Tabelle 1 gezeigt, verschiedene Kombinationen aus dem aus einem ersten Metall bestehenden ersten Element und dem zweiten Element, das aus einem zweiten Metall mit einem schwächeren Verformungswiderstand als dem des ersten Metalls besteht, eingesetzt werden.
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Es versteht sich, dass die Ausführungsform und das Beispiel, die hier offenbart werden, in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die oben stehende Beschreibung, sondern durch die Vorgaben der Ansprüche definiert und soll etwaige Abwandlungen und Verbesserungen innerhalb des Schutzumfangs und der Bedeutung äquivalent zu den Vorgaben der Ansprüche einschließen.
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Industrielle Einsatzmöglichkeiten
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Das Verfahren zum Herstellen eines Metallelementes gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines Metallelementes eingesetzt werden, das einen Aufbau hat, bei dem aus unterschiedlichen Metallen bestehende Elemente miteinander verbunden sind.
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Beschreibung der Bezugszeichen
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1: Metallelement; 9: Kammer-Reibschweiß-Vorrichtung; 10: erstes Element; 10A: vertiefter Abschnitt; 11: (Bodenfläche des vertieften Abschnitts) Endfläche; 12: Seitenfläche des vertieften Abschnitts; 20: zweites Element; 21: Endfläche; 22: Außenumfangsfläche; 29: Grat; 90: Gestell; 90A: Welle; 90B: Spindel-Bewegungsmotor; 90C: Spindel-Trageabschnitt; 91: Träger-Körper; 92: Spannkopf der stationären Seite; 92A: Bodenfläche; 92B radiale Klemmfläche; 94: Spannkopf der rotierenden Seite; 95: Spindel; 95B: SpindelMotor; 96: Lastsensor; 97: Antriebsabschnitt; und 98: Trägerabschnitt.
