DE3229231C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Lagerbocks, bestehend aus Formen einer
reibungsvermindernden Buchse mit zylindrischer Außenfläche
und Flammspritzen von Leichtmetall über diese Außenfläche
in einer Schichtdicke bis mindestens zum Erreichen der
Radialabmessung des Lagerbockes.
Es ist bekannt, in Zahnradpumpen die Zahnräder zwischen
Lagerböcken anzuordnen, die im Pumpengehäuse axial
verschiebbar sind und an den Seitenflächen der Zahnräder
anliegen. Diese Lagerböcke enthalten Lager aus Lagermetall.
Wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem
Lagermetall und dem für das Pumpengehäuse normalerweise
verwendeten Leichtmetall ist es unzweckmäßig, den ganzen
Lagerbock aus Lagermetall herzustellen. Es ist daher
gebräuchliche Praxis, in einem Lagerbock aus Leichtmetall
eine Buchse aus Lagermetall vorzusehen.
Lagerböcke für Zahnradpumpen müssen im Unterschied zu einer
reibungsvermindernden Bohrung zum Aufnehmen der
Zahnradwelle reibungsvermindernde Endstücke aufweisen,
die in Form von Flanschen mit den Zähnen des getragenen
Zahnrades zusammenwirken. Während also die
reibungsvermindernde Buchse in dem Leichtmetall-Lagerbock
eingeschlossen ist, sind die reibungsvermindernden
Endflächen in Form von Flanschen an dem Lagerbock
realisiert.
Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, die Buchsen in
den Leichtmetallböcken so zu befestigen, daß der Verbund
sich auch bei den in Zahnradpumpen auftretenden höheren
Temperaturen, deren obere Grenze bei etwa 175°C liegt,
nicht lockert. Der für die Buchsen verwendete Werkstoff
hat in der Regel einen Bleigehalt zwischen 27 und 37%.
Ein so hoher Bleigehalt ist für die Erhaltung der
Lagereigenschaften bei höheren Temperaturen erforderlich,
ergibt aber einen Werkstoff, dessen Festigkeit geringer
als diejenige eines Werkstoffs mit niedrigerem Bleigehalt
ist. Die geringe mechanische Festigkeit des
Buchsenwerkstoffs schließt die Anwendung einer
Schrumpfsitzbefestigung der Böcke auf den Buchsen aus, da
die Buchsen die auftretende Druckbeanspruchung nicht
aushalten. Das Leichtmetall um die Buchsen zu gießen, ist
ebenfalls nicht möglich, da bei den erforderlichen
Temperaturen von etwa 600°C das Blei der Buchse schmilzt.
Derzeit befestigt man die Buchsen in dem Leichtmetallbock
durch Weichlöten oder Kleben mit einem Kunststoffkleber.
Es ist jedoch schwierig, in dem Lot oder Kleber die Bildung
von Hohlräumen zu vermeiden oder nach der Montage
festzustellen, ob solche Hohlräume vorhanden sind. Hinzu
kommt noch, daß sich in der Regel Kanäle zum Druckausgleich
von einer Bohrung des Lagerbocks zu seiner Außenfläche
erstrecken und dabei die Grenzfläche zwischen Buchse und
Leichtmetall durchqueren. In den Kanälen befindet sich
Hochdruckflüssigkeit, die in eventuell vorhandene Hohlräume
eindringen und die Bindung zwischen Buchse und umgebendem
Leichtmetall weiter schwächen kann. Ferner kommt es vor,
daß eine Lötverbindung bei Betriebstemperaturen im Bereich
von 175°C, wie sie heute in Betracht gezogen werden, ihre
Festigkeit verliert.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der
US-Patentschrift 21 64 737 bekannt. Ein mittels dieses
Verfahrens hergestellter Lagerbock erfüllt im wesentlichen
die Aufgabe eines Radiallagers und weist über seiner gesamten Länge
einen homogenen Materialaufbau auf. Bei Anwendungen einer Lagerbuchse für
Lagerböcke von Zahnradpumpen treten jedoch Probleme beim
Aufsprühen des Metalls auf die Flanschteile auf, derart,
daß das aufgesprühte Metall im Bereich der Flansche von
den Rändernn der Flansche auf den direkt angesprühte Bereich
zurückspritzt. Hierdurch entsteht eine Riefenbildung auf
der Oberfläche des Lagerbockes nach der Bearbeitung, da
infolge des Zurückspritzens Ungleichmäßigkeiten im
aufgespritzten Material entstehen, die zwar sofort nach
dem Sprühvorgang noch nicht sichtbar sind, jedoch nach der
Bearbeitung als Riefen auf der Oberfläche erkennbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß solche zu
Riefen führende Materialinhomogenitäten vermindert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Buchse zusätzlich zu der zylindrischen Außenfläche einen
nach außen vorstehenden Flansch, dessen Radialabmessung
mindestens gleich ist derjenigen des Lagerbockes, und eine
durch ihre Außenflächenkontur das Zurückspritzen des Metalls
verhindernde Randverstärkung aufweist, die sich von der
zylindrischen Außenfläche zum Umfang des Flansches
erstreckt.
Da erfindungsgemäß die Außenfläche der Buchse so ausgebildet
ist, daß der Winkel zwischen der Oberfläche und dem Strahl
des aufgesprühten Teils auch zu den Flanschteilen hin groß
genug bleibt, ist gesichert, daß das auf die Oberfläche
einwirkende Metall an dieser haften bleibt und nicht
zurückspritzt. Zusätzlich bietet die erfindungsgemäß
vorgesehene Randverstärkung den Vorteil, daß in ihr eine
Durchlaßleitung für Hochdruckflüssigkeit vorgesehen sein
kann, die zwischen der Außenseite des Lagerbockes und seiner
Innenbohrung verläuft, ohne daß die Hochdruckflüssigkeit
Bereiche des aufgesprühten Materials oder Randbereiche
hierzu durchdringt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den
Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Lagerbockes in einem
Zwischenstadium seiner Herstellung,
Fig. 2 eine Ansicht des fertigen Lagerbocks aus der
Richtung des Pfeils 2 in Fig. 1 und
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2.
Fig. 1 zeigt ein Zwischenstadium bei der Herstellung eines Lagerbocks
für eine Zahnradpumpe des in der GB-PS 20 12 876 beschriebenen Typs.
Die Buchse 10 aus Lagermetall weist an den Enden Ränder 11, 12 auf.
Die Buchse 10 besteht aus einem Werkstoff, der meist als Bleibronze
bezeichnet wird und folgende Zusammensetzung hat:
Blei|27-37% | |
Zinn | 1,5-2,5% |
Nickel | 0,25-0,75% |
Zink, Eisen und Antimon in kleinen Mengen @ | Rest Kupfer |
Die Außenfläche der Buchse 10 besteht aus einem zylindrischen Teil 13
und Randverstärkungen 14,die sich von dem Teil 13 bis zu dem Umfang
der Ränder 11, 12 erstrecken. Jede Randverstärkung 14 bildet einen im
Querschnitt kegelstumpfförmigen Ansatz 15 mit einem Einschlußwinkel
von 120°, der sich von dem Umfang des zugehörigen Rands bis zu einem
Durchmesser von etwa 0,80 des Durchmessers des Radumfangs nach innen erstreckt.
Ein zweiter im Querschnitt kegelstumpfförmiger Ansatz 16 hat
einen Einschlußwinkel von 60°, und seine Oberfläche schneidet die
Oberfläche des Ansatzes 15. An der anderen Seite geht sie mit einem
Radius 17 in die Oberfläche 13 über.
Die Buchse 10 ist außen mit einem galvanisch aufgetragenen Nickelüberzug
von 0,05 mm Schichtdicke versehen, der durch Abstrahlen aufgerauht
wird. Auf den Nickelüberzug wird sodann durch Flammspritzen eine
Schicht aus Nickelaluminid mit einer Schichtdicke von 0,075 bis
0,150 mm aufgetragen. Die Buchse wird hierzu auf ein (nicht dargestelltes)
Drehgestell montiert, auf dem sie um ihre Achse gedreht werden
kann. Der bei 18 angedeutete Flammspritzbrenner ist ebenfalls auf
dem Gestell montiert, und die Düse hat vom Umfang der Buchse 10 einen
Abstand von etwa 65 mm. Der Brenner 18 wird um eine Achse, die von
dem Umfang der Buchse 10 etwa 80 mm entfernt ist, so hin und her geschwenkt,
daß das aufgespritzte Material gleichmäßig zwischen die Ränder
11, 12 verteilt wird.
Auf derBuchse 10 wird sodann zwischen den Rändern 11, 12 durch Flammspritzen
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine dicke Aluminiumschicht
20 (Fig. 1 rechts) aufgetragen, die bis zum Umfang der
Ränder 11, 12 reicht.
Durch das Vorsehen der Randverstärkungen 14 und das Flammspritzen nach
dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Auftreten von Riefen
oder Streifen bei der nachfolgenden spangebenden Bearbeitung der Oberfläche
des Lagerbockes vermieden, die sonst besonders in der Nähe der
Ränder 11, 12 entstehen und die dadurch verursacht werden, daß aufgespritzte
Teilchen von den Rändern 11, 12 zurückspritzen.
Als Nickelaluminid kann ein Material mit der Bezeichnung METCO 404
und zum Aufbau der Aluminiumschicht 20 kann METCO S.F.-Aluminium
verwendet werden. Beide Werkstoffe können von der METCO public limited
company, Chobham, England, bezogen werden.
Unter Flammspritzen ist jedes Verfahren zu verstehen, bei dem ein
Werkstoff auf seinen Schmelzpunkt erhitzt, zerstäubt und als Teilchenstrom
auf ein Werkstück geschleudert wird, auf dem so eine Schicht
aufgebaut wird. Hierzu gehört auch das Plasmaspritzen, bei dem ein
pulverförmiger Werkstoff in einen Strom eines Inertgases eingetragen
wird, das mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens auf eine Temperatur
in der Größenordnung von 16 500°C erhitzt worden ist.
Die beschichtete Buchse wird zwischen den Linien 21 geteilt, und die
Bohrung 22 eines jeden Bockes wird spangebend bearbeitet. Dabei wird
eine Aussparung 23 (Fig. 3) eingearbeitet, die in einer Zone der Bohrung
22 angeordnet ist, gegen die das Zahnrad der Pumpe durch den hohen
Druck an der Ausströmöffnung der Pumpe gepreßt wird. Jeder Bock
wird durch spangebende Bearbeitung auf die erforderlichen Abmessungen
am Umfang 24 gebracht und auch mit einer ebenen Fläche 25 versehen,
mit der der Bock in einer Pumpe an einer entsprechenden Fläche eines
benachbarten Bockes anliegt.
Die am Zahnrad anliegende Fläche 26 eines jeden Lagerbocks wird
durch spangebende Bearbeitung mit zwei Ausnehmungen 27, 28 versehen,
die mit der Hochdruck- bzw. Niederdrucköffnung der Pumpe in Verbindung
stehen. Zwischen der Ausnehmung 28 und der Aussparung 23 der
Bohrung 22 wird ein Kanal 29 gebohrt. Zwischen der Ausnehmung 27
und dem Kanal 29 wid ein Querkanal 30 gebohrt. Um die Kanäle 29 und
30 von der Ausnehmung 28 zu isolieren, wird ein Stopfen 31 eingesetzt.
Beim Betrieb der Pumpe führen daher die Kanäle 29, 30 Hochdruckflüssigkeit
der Aussparung 23 zu, deren Druck der Belastung der Zahnradwelle
durch den Hochdruck an der Ausströmöffnung der Pumpe entgegenwirkt.
Die Kanäle 29, 30 befinden sich völlig innerhalb des Buchsenteils
des Lagerbocks und sind weitgehend von den Randverstärkungen 14 der
Buchse 10 umgeben. Es bsteht daher keine Gefahr, daß Hochdruckflüssigkeit
in den Grenzflächenbereich zwischen Buchse 10 und Leichtmetallschicht
20 eindringt.
Die Lagerböcke sind im Pumpengehäuse axial verschiebbar und beträchtlichen
quer zu ihrer Achse gerichteten Kräften ausgesetzt. Bisher
wurde angenommen, daß Leichtmetall-Flammspritzbeschichtungen wegen
ihrer Porosität für Lagerböcke der beschriebenen Art nicht geeignet
seien. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Lagerböcke ebenso verschleißbeständig
wie Lagerböcke sind, die aus massivem Leichtmetall
durch spangebende Bearbeitung hergestellt worden sind. Diese Verschleißbeständigkeit
könnte darauf zurückzuführen sein, daß ein Teil
des aufgespritzten Aluminiums oxydiert wird, so daß die aufgespritzten
Schichten einen gewissen Anteil Aluminiumoxid enthalten.
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen eines Lagerbocks, bestehend
aus den Verfahrensschritten Formen einer
reibungsvermindernden Buchse (10) mit zylindrischer
Außenfläche (13) und Flammspritzen von Leichtmetall (20)
über diese Außenfläche (13) in einer Schichtdicke bis
mindestens zum Erreichen der Radialabmessung des
Lagerbockes,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Buchse (10) zusätzlich zu der zylindrischen
Außenfläche (13) einen nach außen vorstehenden
Flansch (11, 12), dessen Radialabmessung mindestens gleich
ist derjenigen des Lagerbockes, und eine durch ihre
Außenflächenkontur das Zurückspritzen des Metalls
verhindernde Randvestärkung (14) aufweist, die sich von der
zylindrischen Außenfläche (13) zum Umfang des
Flansches (11, 12) erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse
(10) aus Bleibronze mit einem Bleigehalt von 27 bis 37%
besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem
Aufspritzen des Leichtmetalls (20) eine nickelhaltige
Schicht auf der Außenfläche galvanisch abgeschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß auf den
galvanisch aufgebrachten Nickelüberzug eine Schicht aus
Nickelaluminid aufgespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Randverstärkung (14) eine erste kegelstumpfförmige Fläche
(15), die sich von der Peripherie des Flansches (11, 12)
einwärts erstreckt, und eine zweite kegelstumpfförmige
Fläche (16) aufweist, die sich zwischen dem zylindrischen
Abschnitt (13) und der ersten kegelstumpfförmigen
Fläche (15) erstreckt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der
Buchse (10) ein Durchlaß (29, 30) zwischen der Bohrung (22)
der Buchse (10) und einer Außenfläche (28) derselben
gebildet ist.
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