DD221507A1

DD221507A1 - Axialgleitlager

Info

Publication number: DD221507A1
Application number: DD25710883A
Authority: DD
Inventors: Werner Bochmann; Bernd Pruefer
Original assignee: Karl Marx Stadt Ind Werke
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1985-04-24
Also published as: DE3432624A1; GB2150230A; GB2150230B; GB8426377D0; RO92659A; RO92659B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Axialgleitlager fuer eine hydrostatische Kolbenmaschine, bestehend aus zwei aus Schwarzmetall oder anderem hochfesten Material hergestellten, als Zylinderkoerper und Steuerspiegel ausgebildeten Lagerkoerpern, von denen die Steuerflaeche, vorzugsweise des Zylinderkoerpers, mit einer Gleitschicht versehen ist und der Steuerspiegel eine gehaertete Laufflaeche besitzt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anordnung der Gleitschicht. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in der Schaffung eines Axialgleitlagers fuer hydrostatische Kolbenmaschinen, von dem die Steuerflaeche eines Lagerkoerpers mit einer Gleitschicht versehen ist und das Axialgleitlager hydraulischen Hochdruck bei maximalen Oeltemperaturen im Dauerbetrieb aufnimmt. Das Verfahren soll das Aufbringen der Gleitschicht kostenguenstig ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, in dem die Gleitschicht aus Zinn und als Duennschichtlager ausgebildet, mittels bekannter Verfahrensschritte bei spezieller Vor- und Nachbearbeitung aufgebracht wird. Angewendet wird die Erfindung in hydrostatischen Axialkolbenpumpen bzw. Axialkolbenmotoren. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung Axialgleitlager

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Axialgleitlager für eine hydrostatische Kolbenmaschine, bestehend aus zwei aus Schwarz- 7 metall oder anderem hochfestem Material hergestellten, als Zylinderkörper und Steuerspiegel ausgebildeten Lagerkörpern, von denen die Steuerfläche eines Lagerkörpers, vorzugsweise des Zylinderkörpers, mit einer Gleitschicht versehen ist und der als Steuerspiegel ausgebildete Lagerkörper eine gehärtete Lauffläche besitzt.

Weiterhin b'etrifft die Erfindung ein Verfahren zur Schaffung des erfindungs gemäß en Axialgleitlager durch Anordnung der Gleitschicht auf der Steuerfläche des Zylinderkörpers, welcher mit dem mit gehärteter Lauffläche versehenen Schwarz-" metall-Steuerspiegel der hydrostatischen Kolbenmaschine

gepaart ist* .

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist eine Zylindertrommel-Steuerplattenkombination für Axialkolbenmaschinen "(DE-AS 1.9,63.769), bei der die Steuerfläche der aus Stahl oder Sphäroguß bestehenden Zylin- ^ dertrommel eine Aufschicht/Gleitschicht aus Bronze besitzt -und die Steuerplatte aus gehärtetem Stahl besteht. Bei der Zylindertrommel handelt es sich um ein Verbundgußteil, welches relativ teuer, und damit unökonomisch in der Herstellung ist. -

Infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl oder Kugelgraphitguß und Bronze kommt es im großen Temperatureinsatzbereich der Axialkolbenmaschinen zu Wärmespannungen und damit zu Formänderungen am Axialgleitlager, die das Funktionsverhalten negativ beeinflussen, d.h. zur Vergrößerung des lagerschmierspaltes und somit" Verringerung des volumetrischen Wirkungsgrades führen.

Für Verbundgußteile verwendete Lagerwerkstoffe sind prinzipiell nicht kavitationssicher. , .

Besonders in der Hochdruckhydraulik tritt Kavitation auf, welche die Zerstörung der Lagerfläche, damit Verunreinigung des Hydrauliköles im geschlossenen Kreislauf und letztlich Funktions- , Störungen am Axialgleitlager mit sich bringt. Weiterhin ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine (CH-PS 233·641) bekannt, in welcher mindestens eine Lauffläche der Steuerteile aus einem Werkstoff sinterartigen Gefüges besteht, wobei die Lauffläche durch Aufspritzen von Weißmetall hergestellt sein kann-und die Haftung des Laufflächenwerkstoffes durch Hüten im Grundwerkstoff verbessert wird. Poröse Lagerwerkstoffe sind in einer relativ dicken Schicht aufzubringen'und damit teuer, nicht kavitationssicher und unterliegen.Formänderungen durch Wärmespannungen. Bei der Bearbeitung der Lagerfläche besteht die Möglichkeit des Festsetzens von Fremdkörpern in den'Poren des porösen Lagerwerkstoffes, was zu schnellem Verschleiß der Gegenfläche und in der Folge zu einem Wirkungsgradverlust sowie einer Verringerung der -etea? Lebensdauer der hydrostatischen Axialkolbenmaschine führt.

Es ist auch eine Einrichtung zur Aufnahme eines Lagerdruckes, insbesondere zweier durch einen Axialdruck gegeneinander ge-drückter, zueinander umlaufender Steuerspiegelflächen eines hydrostatischen Getriebes (DD-PS 15.002) bekannt, deren Steuerspiegel in der. oberen und unteren Totpunktfläche Vertiefungen besitzt, welche mit einem weichen, selbstschmierenden Metall, u.a. mit Zinn ausgefüllt sind* Im Bereich zwischen den Steuerungen wirkt Kavitation, welche

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ein Herauslösen des Lagerwerkstoffes aus den Vertiefungen und somit die Zerstörung der Funktionsfläche bewirkt. Wirkungsgrad und Lebensdauer werden negativ beeinflußt. Außerdem ist die vorliegende Ausbildung technologisch sehr aufwendig.

Ziel der Erfindung '

Ziel ist die Schaffung eines Axialgleitlagers für. hydrostatische Kolbenmaschinen, welches mit niedrigen Material- und Fertigungskosten, bei geringem Einsatz von Lagermetall, den Anforderungen der Hochdruckhyd'raulik störungsfrei gerecht wird. Das zur Realisierung dieses Zieles zu entwickelnde Verfahren soll die vorgenannten Bedingungen kostengünstig und sicher erfüllen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axialgleitlager für hydrostatische Kolbenmaschinen zu schaffen, dessen Lagerkörper aus Schwarzmetall hergestellt sind, die Steuerfläche eines Lagerkörpers mit einer Gleitschicht versehen ist, und das Axialgleitlager hydraulischen Hochdruck bei maximalen Öltemperaturen von 130⁰C im Dauerbetrieb aufnimmt. Das hierzu angewandte Verfahren soll das Aufbringen der Gleitschicht als Dünnschicht ermöglichen, welche verbunden mit dem Lagerkörper, dauerfest ausgebildet, auftretende Kräfte im Bereich elastischer Formänderung aufnimmt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gleitschicht auf der Steuerfläche der Steuerplatte des Zylinderkörpers aus Zinn hergestellt und als Dünnschichtlager ausgebildet ist, sowie zur Aufbringung der Gleitschicht mit einem an sich bekannten galvanischen Verfahren folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a- Mechanische Bearbeitung der zu verzinnenden Fläche auf eine Ebenheit von 0,001 bis 0,006mm konvex. .

" .; , ,, . -4- . ..

Die Steuerflächen von.Axialgleitlagern der Axialkolbenmaschinen müssen sehr eben sein,und eine funktionell erforderliche ununterbrochene'Zinnschicht besitzen, um im volumetrischen Wirkungsgrad optimale ökonomische Werte zu erreichen.

Dies erfordert bereits vor dem galvanischen Verzinnen eine sehr ebene Steuerfläche, die aber gleichzeitig der Eigenart ·' des galvanischen Verfahrens Rechnung trägt. . Galvanische Schichten auf ebenen· Flächen sind in der Mitte der Fläche dünner als in den Randzonen.' Soll die Fläche nach dem Verzinnen und im Endzustand eben bis ballig sein, muß dieselbe vorher ballig/konvex hergestellt werden.

b-"Aufrauhung.der zu verzinnenden Fläche auf Ra = 0,5 bis "\,0jxm* Die Gleitschicht am Axialgleitlager unterliegt hohen Belastungen, welche eine hohe Haftfestigkeit dieser Gleitschicht erfordern. -·

Eine rauhe Oberfläche gewährleistet eine hohe Haftfestigkeit. Ebenheit und Rauhigkeit der Steuerfläche vor dem galvanischen Verzinnen stehen sich beeinflussend gegenüber. Ein Optimum zur Erzielung einer ausreichenden Haftfestigkeit ♦ wird mit den vorgegebenen Größen erreicht. *

c- Galvanisches Verzinnen in einer Schichtdicke von 0,016 bis

O.O25mm. ' . . -

Das galvanische Verzinnen erfolgt unter bekannten Verfahrens- , ' bedingungen. . . .

d- Läppen der verzinnten Fläche mit feinem Läppkorn und einem maximalen Läppdruck von 50p/cm auf eine Ebenheit von

£ 0,003mm konvex, bei Gewährleistung einer Schichtdicke von ^ 0,012mm. , <\.^; . ' "' ' ·. Trotz der hohen Anforderungen an die Ebenheit der Fläche vor. .dem galvanischen Verzinnen wird die funktionell notwendige Ebenheit der Steuerfläche nicht zuverlässig erreicht. Durch Läppen/Egalisieren der galvanisch verzinnten Steuer-^ fläche mit Feinstläppmittel ist eine optimale Ebenheit derselben nach dem Verzinnen herstellbar.

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Der Flächendruck beim Läppen soll klein sein, um das Einbetten des Läppmittels in die verzinnte Steuerfläche zu vermeiden.

Es ist erforderlich, daß die Steuerfläche vor dem galvanischen Verzinnen gereinigt wird· Pur Lagerkörper aus Kugelgraphitguß ist ein Waschen im Ultraschallverfahren durchzuführen·

Hach Ablauf umfangreicher Versuchsreihen wurde erkannt, daß nur eine nach den vorgenannten Verfahrensschritten auf einem Lagerk'Örper aufgebrachte Zinnschicht die Punktion des Axialgleitlagers unter den Bedingungen der Hochdruckhydraulik gewährleistet. - '

Es wurde weiterhin festgestellt, daß der die Zinnschicht aufnehmende Grundkörper formstabil sein muß und keine plastischen Verformungen erfahren darf· Als geeigneter Werkstoff wurde Stahl oder Kugelgraphitgoß ermittelt.

Das erfindungsgemäße Axialgleitlager besitzt hohe Festigkeiten, insbesondere hohe Streckgrenzen und damit ein zuverlässig hohes Bereich ohne plastische Formänderungen. Die Festigkeit der Schwarzmetall-Lagerkörper ist durch Werkstoffgüte und Vergüten auf die komplizierten Druckbelastungen der Axialkolbenmaschinen einstellbar.

Die Anordnung des als Dünnschicht aufgebrachten Lagermetalles Zinn erfolgt in einem kostengünstigen Verfahren mit minimalem Mat erialverbrauch.

Mittels optimierter Oberflächenrauheit entsteht eine feste Verbindung der dünnen Lagerschicht mit dem Grundkörper, was eine Belastbarkeit mit höchsten Drücken und Temperaturen ermöglicht.

Weiterhin läßt sich bei Reparaturen oder Regenerierung die Lagerschicht mit wenig Aufwand erneuern.

Die hohe Temperaturbelastbarkeit führt zur Vereinfachung von Sicherheitseinrichtungen für hydraulische Kreisläufe, wie sie bspw. in der DD-PS 133*350 beschrieben sind, in denen der Spülschieber entfallen und der geschlossene Kreislauf auf Leckergänzung umgestellt werden kann.

Damit werden kleinere Speisepumpen erforderlich· Das wiederum bedeutet niedrige Herstellungskosten bei geringerer Energieaufnähme*

Durch Auslegung der Kolbenmaschinen für hohe Druckbelastbarkeit und mittlere Drehzahlen lassen sich geräuscharme und leistungsstarke Kolbenmaschinen und hydrostatische Anlagen realisieren,

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 eine hydrostatische Axialkolbenpumpe in Schnittdarstellung

Pig. 2 eine vergrößerte Einzelheit χ des Axialgleitlagers gemäß Pig. 1

Die als Axialkolbenpumpe ausgebildete hydrostatische Kolbenmaschine 1 besitzt einen, mehrere Arbeitskolben 2 aufnehmenden Zylinderkörper 3, welcher mit einer Triebwelle 4 drehfest verbunden ist.

Der Zylinderkörper 3 weist eine Steuerplatte 5 auf, deren ebene Steuerfläche 6 mit einer Gleitschicht 7 versehen ist. Die genannte, als Dünnschichtlager ausgebildete Gleitschicht der Steuerfläche 6 kommt an einem, mit einer gehärteten Lauffläche 8 versehenen Steuerspiegel 9 zur Anlage, mit dem sie ein Axialgleitlager 10 bildet.

Angeordnet ist dieser Steuerspiegel 9 in einem Gehäuse 11 der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 und wird gegen Verdrehung in bekannter Weise gesichert.

Zylinderkörper 3, Steuerplatte 5 und Steuerspie-gel 9 sind aus Schwarzmetall hergestellt/ · Das erfindungsgemäße Axialgleitlager 10 kann auch in anderen, als Pumpe oder Motor ausgebildeten hydrostatischen Kolbenmaschinen, bspw. Radialkolbenmaschinen zur Anwendung kommen. Es ist auch möglich, den Steuerspiegel 9 mit einer Gleitschicht 7 aus Zinn zu versehen und die Steuerfläche 6 der Steuerplatte 5 des Zylinderkörpers 3 zu härten.

Die Steuerplatte 5 oder der Steuerspiegel 9 können auch aus hochfester Bronze hergestellt sein· Die Aufbringung der Zinnschicht erfolgt in folgenden Verfahrensschritten:

- Mechanische Bearbeitung der zu verzinnenden Steuerfläche

6 des Zylinderkö'rpers 3 durch Drehen, Schleifen und läppen mit 200er Läppkorn, gemischt mit Läppöl auf eine Ebenheit von 0,001 bis 0,0Ö6mm konvex. '

- Aufrauhung dieser Steuerfläche 6 auf Ra = 0,5 bis 1,0^m beim Arbeitsgang Läppen· · . ,

- Reinigung der Steuerfläche 6 durch elektrolytisches Entfetten ca. 60 Sekunden bei kathodischer Schaltung und 30 Sekunden bei anodischer Schaltung mit anschließender Kaltspülung im Wasser.

- Zur Beseitigung von Oxydschichten ist die Steuerfläche 6 mit einer 3 bis 5%igen Salz- oder Schwefelsäure-Lösung zu dekapieren und wieder im fließenden Wasser zu spülen·

- Das Verzinnen im Zinnbad erfolgt unter folgenden Bedingungen;

Elektrolyt; GTL-Zinnelektrolyt, alkalisch 2 kg GTL-Zinnsalz auf 1001 Wasser

Dichte bei 20 Grad G = 1,01 kg/dm-³ pH-Wert = 12,5 bis 13,0

Anoden: ' Zinnanoden nach TGL 10621 Oberflächenverhältnis Anode zu Kathode =1 : 1,2 bis 1 : 1,4

Arbeitsbedingungen: Arbeitstemperatur = 80 bis 90 Grad G

Stromdichte anodisch =1,2 bis 1,4 A/dm Stromdichte kathodisch = 1 bis 1,1 A/dm Arbeitsspannung =4 bis 8 V Arbeitsgeschwindigkeit 1 pm./ 5 min

Das Einhängen der Steuerplatte 5 erfolgt bei stromführendem Bad so, daß die zu verzinnenden Steuerflächen 6 den Anoden zugekehrt sind und sich die Steuerplatten 5 nicht berühren oder gegenseitig abdecken· Nach erfolgter Verzinnung werden die Steuerplatten 5 kaltsowie anschließend heiß gespült und nachfolgend getrocknet.

Die Endbearbeitung erfolgt durch Läppen mit Läpp-Pulver SCi¹ 600/9 mikro, gemischt mit Läppöl 66 gr/1.

Der zulässige Läppdruck beträgt 50p/cm .

Die Dicke der Zinnschicht ist ^ 0,012mm ausgeführt, bei einer Ebenheit von £ 0,003mm konvex»

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Claims

Erfindungsanspruch

Axialgleitlager für eine hydrostatische Kolbenmaschine, bestehend aus zwei aus Schwarzmetall oder anderem hochfesten Material hergestellten, als Zylinderkörper und Steuerspiegel ausgebildeten Lagerkörpern, von denen die Steuerfläche eines Lagerkörpers, vorzugsweise des Zylinderkörpers, mit einer Gleitschicht versehen ist und der als Steuerspiegel ausgebildete zweite Lagerkörper eine gehärtete Lauffläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (7) auf der Steuerfläche (6) einer Steuerplatte (5) des Zylinderkörpers (3) aus Zinn hergestellt und als Dünnschichtlager ausgebildet ist·

Verfahren zur Schaffung eines Axialgleitlagers nach Punkt 1 durch Anordnung einer Gleitschicht aus Zinn auf der Steuerfläche einer aus Schwarzmetall bestehenden Steuerplatte eines Zylinderkörpers, welche mit einem mit gehärteter Lauffläche versehenen Schwarzmetall-Steuerspiegel einer hydrostatischen Kolbenmaschine gepaart ist, dadurch gekannzeichnet, daß zur Anbringung der Gleitschicht (7) mit einem bekannten galvanischen Verfahren folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a- Mechanische Bearbeitung der zu verzinnenden Steuerfläche (6) auf eine Ebenheit von 0,001 bis 0,006mm konvex, bei eben ausgebildeter Steuerfläche (6).

b- Mechanische Bearbeitung der zu verzinnenden Steuerfläche (6) mit einer zulässigen Abweichung von der Kreisform von 0,006mm, bei sphärisch ausgebildeter Steuerfläche (6),

c- Aufrauhung der zu verzinnenden Steuerfläche (6) auf Ra = 0,5 bis 1,0 ,.um.

d- Galvanisches Verzinnen der Steuerfläche (6) in einer
Schichtdicke von O,016 bis O,O25mm.

e- läppen der verzinnten Gleitschicht (7) mit feinem Läppkorn und einem maximalen Läppdruck von 50p/cm auf eine Ebenheit von ^ 0,003mm konvex bei Gewährleistung einer Schichtdicke von ^ 0,012mm für ebene Steuerflächen (6).

f- Läppen der verzinnten Gleitschicht (7) mit feinem Läppkorn und einem maximalen Läppdruck von 50p/cm auf eine zulässige Abweichung von der .Kreisform von 0,003mm oder Paarungsläppen der sphärisch ausgebildeten Steuerfläche (6) bei Gewährleistung einer Schichtdicke von 5: 0,012mm.

-Hierzu 1 Blatt Zeichnung- ^ -

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