DE3229231C2

DE3229231C2 -

Info

Publication number: DE3229231C2
Application number: DE3229231A
Authority: DE
Inventors: Anthony John Carter Solihull West Midlands Gb Richmond
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-08-05
Publication date: 1990-11-22
Also published as: US4523365A; GB2109821B; IT8222733A0; DE3229231A1; GB2109821A; FR2510926B1; IT1152322B; FR2510926A1

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

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.