DE69803903T2

DE69803903T2 - Taumelscheibe eines Taumelscheibenkompressors

Info

Publication number: DE69803903T2
Application number: DE69803903T
Authority: DE
Inventors: Chiaki Gouhara; Hiroshi Kanayama; Seiji Katayama; Masafumi Kato; Takayuki Kato; Shinya Kawakami; Masato Takamatsu
Original assignee: Toyota Industries Corp; Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: JPH1113638A; ID20499A; BR9802293A; US6123009A; CN1122795C; DE69803903D1; EP0890743A3; CN1215141A; EP0890743A2; KR19990007274A; JP4023872B2; EP0890743B1; KR100272615B1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Taumelscheibe eines Taumelscheibenkompressors, insbesondere eine Oberflächenbehandlungsmethode zum Verbessern der Gleiteigenschaften der Taumelscheibe, die aus auf Eisen oder Aluminium basierendem Material besteht.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Ein Taumelscheibenkompressor wird beispielsweise im US-Patent Nr. 5,228,379 (vgl. Fig. 3) gezeigt. Bei einem solchen Taumelscheibenkompressor ist eine Taumelscheibe 14, die in Fig. 1 dargestellt ist, starr und schräg an einer Drehwelle (nicht dargestellt) auf eine derartige Weise befestigt, dass ihr Schrägstellungswinkel veränderlich ist. Die Taumelscheibe 14 kommt über die vorderen Schuhe (nicht dargestellt) und die rückwärtigen Schuhe 19 mit dem Kolben (nicht dargestellt) zum Eingriff. Im US-Patent Nr. 5,228,379 (Spalte 3, Zeile 16- 48) wird eine Taumelscheibe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, beschrieben.
Das Kühlgas wird aus der Saugkammer in die Zylinderbohrungen gesaugt und dann komprimiert. Das komprimierte Kühlgas wird in die Austrittskammer abgegeben.
Ein erwähnenswerter Punkt bezüglich der Gleitbedingungen einer Taumelscheibe ist, dass das Kühlgas während der anfänglichen Betriebsperiode eines Kompressors den Gleitteil erreicht, noch ehe das Schmieröl den Gleitteil zwischen der Taumelscheibe 14 und den Schuhen 19 erreicht; somit hat das Kühlgas eine Spülwirkung auf das Schmieröl, welches auf dem Gleitteil zurückbleibt, was zur Folge hat, dass trockene Gleitbedingungen ohne Schmieröl herrschen. Demzufolge ist es überaus wahrscheinlich, dass es zu einem Festfressen kommt.
Eine Reihe der Oberflächenbehandlungsverfahren haben daher vorgeschlagen, eine Taumelscheibe an die oben beschriebenen Gleitbedingungen anzupassen. Erst vor kurzem wurde das Flammspritzen von Kupfer in einer inländischen Veröffentlichung der PCT-Anmeldung WO95/25224 und der ungeprüften Japanischen Patentschrift (kokai) Nr. 8-331,634 vorgeschlagen.
Inzwischen wurde eine wissenschaftliche Studie mit dem Titel "Friction Wear Characteristics of Solid-Lubricant Coating in Coexistent Condition of Refrigerant and Lubrication Oil of Freezing Machine" auf einer Tagung für Feststoffschmiermittelforschung der Japanese Society for Tribology veröffentlicht. Gemäß dieser Veröffentlichung wird die Feststoffschmiermittelbeschichtung, in welcher Polyamidimid als Bindemittel verwendet wird, unter den Bedingungen von nicht vorhandener Schmierung und Kühlgas geprüft. Die Feststoffschmiermittelbeschichtung zeigt die beste Leistung, wenn MoS&sub2;, Sb&sub2;O&sub3; und Graphit zusammen zugesetzt werden. Die Feststoffschmiermittelbeschichtung zeigt eine geringfügig schlechtere Leistung, wenn nur MoS&sub2; zugesetzt wird. Die Beschichtung mit nur dem Bindemittel und ohne das Feststoffschmiermittel zeigt die schlechteste Leistung. Das Substratmaterial, auf welchem die Feststoffschmiermittelbeschichtung aufgebracht wird, ist eine chromatierte hypereutektische Al-Si-Legierung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der bedenklichste Betriebszustand eines Taumelscheibenkompressors ist jener der Trockenschmierung. Das Feststoffschmiermittel kann in einem derartigen Betriebszustand einen relativ guten Festfresswiderstand aufrechterhalten. Allerdings ist die Beschichtung, in welcher das Feststoffschmiermittel mit dem wärmeaushärtenden Harz verbunden ist, auf nachteilige Weise dafür anfällig, sich in einem derartigen Betriebszustand zu verbrauchen. Dieser Nachteil kann offensichtlich durch Erhöhen der Menge an wärmeaushärtendem Harz überwunden werden. Das Ausmaß der Erhöhung an wärmeaushärtendem Harz unterliegt jedoch einer Begrenzung, da dies zu einer Verschlechterung des Festfresswiderstandes führen kann.
Die betreffenden Erfinder ersannen die Idee der Verwendung einer Feststoffschmiermittelbeschichtung und der Verbesserung der Struktur eines Substrats, um die Taumelscheibe vor dem Festfressen zu schützen. Die betreffenden Erfinder führten grundlegende Experimente in einem Labor und Praxistests mit einer Maschine durch.
Die betreffenden Erfinder analysierten daraufhin die Ergebnisse der Tests und Experimente und machten die folgenden Beobachtungen. Beim Taumelscheibenkompressor ist die Last, welche von den Schuhen zur Taumelscheibe hin aufgebracht wird, an einem bestimmten Drehwinkel der Taumelscheibe hoch. Bei dem anderen Drehwinkel ist die Last relativ niedrig. Die Taumelscheibe unterliegt daher während ihrer Rotation einer sich hin- und herbewegenden Last. In den meisten Fällen erfolgt das Festfressen und der Verschleiss einer Taumelscheibe an jenem Bereich der Taumelscheibe, wo die aufgebrachte Last hoch ist. An dem anderen Bereich einer Taumelscheibe, wo die aufgebrachte Last niedrig ist, strömen die Materialien der Beschichtung aus einem derartigen Bereich weg, was zur Folge hat, dass die Dicke der Beschichtung abnimmt. Dieses Dünnerwerden ist nicht die Entfernung oder Trennung des Beschichtungsmaterials vom Substrat, welches an jenem Bereich stattfindet, wo die Last hoch ist. Das Festfressen und der Verschleiss der Feststoffschmiermittelbeschichtung, welche am Bereich mit hoher Last stattfinden, können durch Vorgeben der Struktur, beispielsweise des Materials und der Rauheit des Substrats, verhindert werden. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der Analyse und Beobachtungen, welche oben beschrieben werden, fertiggestellt.
Die Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein auf Aluminium oder Eisen basierendes Substrat, eine Zwischenschicht, die sich in erster Linie aus Zinn, Kupfer oder Metallphosphat zusammensetzt, und eine Gleitkontaktschicht, welche wärmeaushärtendes Harz und mindestens ein Feststoffschmiermittel umfasst, das aus der Gruppe, umfassend Molybdändisulfid und Graphit und mitunter Bleioxid, ausgewählt wird.
Die Oberflächenbeschichtung einer Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus der Gleitkontaktschicht und der Zwischenschicht. Bei der Gleitkontaktschicht werden MoS&sub2; und/oder Graphit verwendet, um im Trockenschmierungszustand ein gutes Gleitvermögen zu erreichen. Da das Feststoffschmiermittel in der anfänglichen Betriebsperiode im unstabilen Betriebszustand großem Verschleiss unterliegt, ist es überaus wahrscheinlich, dass das darunterliegende Material freigelegt wird. In diesem Fall ist das Gleitvermögen des darunterliegenden Materials schlecht. Es kann leicht zu einem Festfressen kommen. Um Abhilfe für diesen Nachteil zu schaffen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Zwischenschicht vorgesehen. Da eine bestimmte Menge des Schmieröls zur Gleitoberfläche zugeführt wird, wird erwartet, dass, wenn sich ein Teil der oder die gesamte Gleitkontaktschicht verbraucht hat, die Zwischenschicht nicht unbedingt jene hervorragenden Gleiteigenschaften benötigt, die in der inländischen Japanischen Patentveröffentlichung der PCT-Anmeldung WO95/25224 und der ungeprüften Japanischen Patentschrift 8-311,634 vorgeschlagen werden, und eine Legierung auf Zinnbasis, Kupfer(-legierung) und Metallphosphat sein kann.
Die Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung wird in der Folge ausführlicher beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Anordnung einer Taumelscheibe und der Schuhe eines Kompressors zeigt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Taumelscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 veranschaulicht ein Verfahren zum Aufrauhen der Taumelscheibe.
Fig. 4 ist ein Schaubild, welches die Ergebnisse der Verschleißprüfung in einer verwendeten Maschine zeigt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das Substrat 6 (Fig. 2) kann auf Eisen oder Aluminium basierendes Material sein. Das auf Aluminium basierende Material kann mit Aluminium ausgekleidetes Material oder ein Aluminium-Verbundstoff sein. Das auf Aluminium basierende Material ist vorzugsweise eine Al-Si-Legierung mit primären Si-Kristallen, beispielsweise A390. Das Substrat 6 ist vorzugsweise derart aufgerauht, dass die Zwischenschicht 7, welche an dem Substrat 6 angeformt ist, ebenfalls eine rauhe Oberfläche aufweist. Zu den Zwecke der Oberflächenaufrauhens wird die Haftung der Gleitkontaktschicht 8, die Wärmeabgabeeigenschaft der Zwischen- und der Gleitkontaktschicht und die Verschleissbeständigkeit dieser Schichten verbessert. Die Rauheit beträgt vorzugsweise Rz 0,4 bis 25 um, insbesondere Rz 0,6 bis 20 um. Unterhalb der unteren Rauheitsgrenzwerte werden die oben genannten Zwecke kaum erfüllt. Andererseits muss oberhalb der oberen Rauheitsgrenzwerte die Gleitkontaktschicht 8 übermäßig dick aufgetragen werden, um zu vermeiden, dass eine derartige Schicht eine äußerst rauhe Oberfläche aufweist.
Das Oberflächenaufrauhen kann mittels Abstrahlen, Ätzen und dergleichen durchgeführt werden. Die durch diese Verfahren gebildete Rauheit ist nicht gerichtet, das heißt, sie weist in jede beliebige Messrichtung einen identischen Wert auf.
Die Rauheit kann gerichtet sein, wie in Fig. 3 zu ersehen ist, in welcher das Bezugszeichen 5 die Rillen bezeichnet. Die Rillen 5 können durch spanende Bearbeitung, beispielsweise mit einer Fräsmaschine, hergestellt werden. Der in Fig. 3 dargestellte Rauheitswert schwankt stark in Abhängigkeit von der Messrichtung. In diesem Fall wird die Rauheitsrichtung derart definiert, dass sie mit der Richtung der Rillen 5 zusammenfällt. Die Rauheitsrichtung weist vorzugsweise einen Winkel von 5º oder darüber in Bezug auf die Gleitrichtung (R) auf. Die Rauheitsrichtung schneidet die Gleitrichtung (R) in einem Winkel von 5º oder mehr. Vorzugsweise beträgt die Oberfläche, wo die Rauheitsrichtung die Gleitrichtung schneidet, 20% oder mehr der Gesamtoberfläche der Taumelscheibe 14. Wenn die Rauheitsrichtung wie oben beschrieben schräg zur Gleitrichtung verläuft, kopiert die Oberflächenkonfiguration der Zwischen- und Gleitkontaktschichten die Rauheit der Taumelscheibe 14.
Wenn das Feststoffschmiermittel von den Schuhen mit Druck in der Gleitrichtung beaufschlagt wird, ist das Feststoffschmiermittel dafür anfällig, sich von der Taumelscheibe zu trennen. Eine derartige Trennung wird durch Überschneiden mit der oben beschriebenen Rauheit unterdrückt, da das Feststoffschmiermittel dazu gezwungen wird, gegen die spitz zulaufende Rauheitsoberfläche zu drücken.
Nunmehr wird die Zwischenschicht 7 (Fig. 2) beschrieben. Die Zwischenschicht wird zwischen dem Substrat 6 und der Gleitkontaktschicht 8 vorgesehen und erhält gute Gleiteigenschaften, auch wenn sich die Gleitkontaktschicht 8 verbraucht. Bevorzugte Materialien der Zwischenschicht 7 sind elektrolytische oder stromlose Zinnplattierung, elektrolytische Zinnlegierungsplattierung, elektrolytische oder stromlose Kupferplattierung, elektrolytische Plattierung aus einer Kupferlegierung mit (einem) Legierungselement(en) zum Verbessern der Gleiteigenschaften, beispielsweise mit Pb, Sn, In und Ag, flammgespritzte(s) Kupfer(-legierung), Plattierkupfer(-legierung) und gesinterte(s) Kupfer(- legierung). Noch bevorzugtere Materialien sind elektrolytische oder stromlose Zinnplattierung und flammgespritzte(s) Kupfer(-legierung). Die Stärke der Zwischenschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 1000 um.
Wenn das Substrat 6, welches das unter der Zwischenschicht 7 liegende Glied darstellt, aus Stahl oder Aluminium hergestellt ist, kann es mit Nickel oder Kupfer plattiert werden, um die Haftung zwischen dem Substrat 6 und der Zwischenschicht 7 zu verbessern. Wenn das Substrat 6 aus Aluminium hergestellt ist, kann es chromatiert werden.
Nunmehr wird die Gleitkontaktschicht 8 beschrieben. Die Gleitkontaktschicht umfasst das wärmeaushärtende Harz und mindestens ein Feststoffschmiermittel, welches aus der Gruppe, umfassend Molybdändisulfid und Graphit, ausgewählt wird. Das Molybdändisulfid (MoS&sub2;) verstärkt in erster Linie den Festfresswiderstand im trockenen Zustand, während das Graphit in erster Linie den Festfresswiderstand und die Verschleissbeständigkeit im ölgeschmierten Zustand verstärkt. Das wärmeaushärtende Harz ist Bindemittel des Feststoffschmiermittels und gewährleistet die Beschichtungsfestigkeit und Haftfestigkeit zwischen der Beschichtung und dem Substrat. Das wärmeaushärtende Harz kann Polyimidharz oder Polyamidimidharz sein.
Vorzugsweise liegt das wärmeaushärtende Harz in einer Menge im Bereich von 20 bis 80 Volumenprozent der Gleitkontaktschicht vor, während das Feststoffschmiermittel in einer Menge im Bereich von 80 bis 20 Volumenprozent der Gleitkontaktschicht vorliegt. Besonders vorzugsweise liegt das wärmeaushärtende Harz in einer Menge im Bereich von 30 bis 70 Volumenprozent der Gleitkontaktschicht vor, während das Feststoffschmiermittel in einer Menge im Bereich von 70 bis 30 Volumenprozent der Gleitkontaktschicht vorliegt. Am bevorzugtesten liegt das wärmeaushärtende Harz in einer Menge im Bereich von 40 bis 65 Volumenprozent der Gleitkontaktschicht vor, während das Feststoffschmiermittel in einer Menge im Bereich von 60 bis 35 Volumenprozent der Gleitkontaktschicht vorliegt.
Die anteilige Zusammensetzung des Feststoffschmiermittels beträgt vorzugsweise 10 bis 90 Volumenprozent MoS&sub2; und 90 bis 10 Volumenprozent Graphit, besonders vorzugsweise 20 bis 80 Volumenprozent MoS&sub2; und 80 bis 20 Volumenprozent Graphit. Innerhalb dieser Bereiche sind die Gleiteigenschaften im trockenen Zustand und im ölgeschmierten Zustand gut ausgewogen.
MoS&sub2; weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 bis 40 um auf. Unterhalb des durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 3 um ist die Festigkeit der Feststoffschmiermittelbeschichtung und somit die Verschleißbeständigkeit verringert. Andererseits ist über dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehr als 40 um die Oberfläche der, Feststoffschmiermittelbeschichtung rauher als die Stärke des Ölfilms im ölgeschmierten Zustand, wodurch die Gleiteigenschaften beeinträchtigt werden.
Das Graphit weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,3 bis 10 um auf. Unterhalb des durchschnittlichen Partikeldurchmessers von weniger als 0,3 um ist das Graphit auf Grund des zu feinen Partikeldurchmessers dafür anfällig, sich von der Beschichtung zu trennen, was zur Folge hat, dass die Gleiteigenschaften eventuell beeinträchtigt werden. Andererseits verschlechtern sich über 10 um des durchschnittlichen Partikeldurchmessers die Gleiteigenschaften im trockenen Zustand, und die Haftung von Graphitteilchen in der Feststoffschmiermittelbeschichtung wird unzureichend.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser von MoS&sub2; und Graphit kann mittels eines Partikeldurchmesserverteilungs-Messgeräts vom Typ Laserbeugung (welches beispielsweise unter dem Handelsnamen "HELOS", hergestellt von Nippon Electron Co., Ltd., als Prüfgerät erhältlich ist) gemessen werden.
Tabelle 1 veranschaulicht, wie der Festfresswiderstand der Gleitkontaktschicht durch den durchschnittlichen Partikeldurchmesser von MoS&sub2; und Graphit beeinflusst wird.
Die 10 um-dicke Gleitkontaktschicht mit unterschiedlichem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von MoS&sub2; und Graphit ist an dem Substrat 6, welches in Beispiel 1 verwendet wird, angeformt. Wie aus Tabelle 1 deutlich hervorgeht, wird der Festfresswiderstand durch den durchschnittlichen Partikeldurchmesser von MoS&sub2; und Graphit beeinflusst. Tabelle 1
Wie oben beschrieben wird, werden während der relativen Drehbewegung der Schuhe und der Taumelscheibe die Schuhe aus den Niederlast- zu den Hochlast-Bereichen und umgekehrt verlagert. Das Feststoffschmiermittel und das wärmeaushärtende Harz werden auf der Taumelscheibe derart transferiert, dass sie sich an einem Abschnitt anlagern, wo sich das Feststoffschmiermittel zur Gänze oder zum Teil verbraucht hat.
Die Feststoffschmiermittelbeschichtung wird während der relativen Drehbewegung der Taumelscheibe und des Schuhs einer Reibungswärme und -kraft unterzogen. Die Gleitkontaktschicht muss der Scherbeanspruchung, die auf die Reibung zurückzuführen ist, standhalten, damit eine derartige Schicht ihre Stärke beibehält. Das Substrat übt eine Ankerwirkung aus, um die Feststoffschmiermittelschicht entgegen der Reibungskraft festzuhalten. Diesbezüglich ist die Gleitkontaktschicht vorzugsweise dünner als eine bestimmte Stärke, da die Ankerwirkung mit Dünnerwerden der Gleitkontaktschicht zusehends stärker wird. Wenn allerdings die Stärke der Gleitkontaktschicht viel kleiner als ein bestimmtes Maß ist, kann es nicht nur leicht passieren, dass die darunterliegende Zwischenschicht freigelegt wird, sondern es wird auch der Transfer von Harz und dergleichen von den Bereichen mit geringer Last zu den Bereichen mit hoher Last nicht erwartet. Die Stärke der Gleitkontaktschicht ist in diesem Dokument derart definiert, dass die Stärke Null beträgt, wenn die obere Oberfläche einer derartigen Schicht mit der Spitze der durchschnittlichen Rauheit der Zwischenschicht übereinstimmt. Die null Mikrometer dicke Gleitkontaktschicht ist der Reibungskraft gegenüber ausreichend beständig, vorausgesetzt, dass die darunterliegende Zwischenschicht vollkommen rauh ist. Insbesondere ist, wenn die Rauheit eines Substrats Rz 2 um oder mehr beträgt, die Gleitkontaktschicht vorzugsweise 0 bis 25 um dick. Wenn die Rauheit eines Substrats kleiner als Rz 2 um ist, ist die Gleitkontaktschicht vorzugsweise 2 bis 25 um dick. Insbesondere ist die Gleitschicht 6 bis 12 um dick.
Die Rauheit der Gleitkontaktschicht ist vorzugsweise kleiner als ein bestimmter Wert, unter welchem die oben genannte Widerstandswirkung einer derartigen Schicht gegenüber der Reibungskraft in einem hohen. Maß erzielt wird, und ferner der Ölfilm einfach gebildet werden kann. Insbesondere beträgt die Oberflächenrauheit der Gleitkontaktschicht vorzugsweise Rz 25 um oder weniger, insbesondere Rz 12 um oder weniger. In extremen Bedingungen, in denen Gleitgeschwindigkeit und Belastung hoch sind, beträgt die Oberflächenrauheit der Gleitkontaktschicht vorzugsweise Rz 6 um oder weniger.
Die Gleitkontaktschicht kann zusätzlich mindestens ein hartes Zusatzmittel zum Verbessern der Verschleissbeständigkeit, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend aus Sb&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, Ton und Al&sub2;O&sub3;, enthalten. Der Gehalt an hartem Zusatzmittel(harten Zusatzmitteln) beträgt vorzugsweise 10 Volumenprozent oder weniger, besonderes vorzugsweise 1 bis 10 Volumenprozent und am bevorzugtesten 3 bis 8 Volumenprozent. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der harten Zusatzmittel beträgt vorzugsweise 1 bis 5 um.
Nunmehr werden bevorzugte Verfahren zum Auftragen und Ausbilden der Gleitkontaktschicht beschrieben.
Die Komponenten der Gleitkontaktschicht, das heißt, das wärmeaushärtende Harz und das Feststoffschmiermittel, und gelegentlich harte Additive, werden erforderlichenfalls mit einem Harzlösemittel gemischt, um die Viskosität einzustellen. Die auf diese Weise zubereitete Beschichtungskomponente wird dann einem beliebigen der folgenden Verfahren zur Ausbildung der Beschichtung unterzogen.
(1) Sprühbeschichtungsverfahren, beispielsweise Luftsprühen und elektrostatisches Luft-Beschichten
(2) elektrostatisches Drehsprüh-Beschichten vom Glockentyp
(3) Siebdruck
(4) Kissendruck
(5) Rollformverfahren zum Aufdrücken der Beschichtungskomponente auf das Substrat
(6) Eintauch- oder Trommelbeschichtungsverfahren
Die angestrebte Viskosität der Mischung beträgt 300 Centipoise oder weniger für Verfahren (1) und (2), in einem Bereich von 800 bis 50.000 Centipoise für Verfahren (3)-(5) und in einem Bereich von 30 bis 200 Centipoise für Verfahren (6).
Die Feststoffschmiermittelbeschichtung, die anhand der Verfahren (1)-(6) ausgebildet wird, wird bei einer Temperatur von 170ºC oder darüber, vorzugsweise bei 190ºC oder darüber, wärmebehandelt. Nach der Wärmebehandlung wird die Oberfläche der Beschichtung, mittels einer Diamant- oder SiC-Schleifscheibe poliert oder mittels Stahlwolle oder verschiedenen Fasern geläppt.
Die vorliegende Erfindung wird in der Folge mit Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben.

BEISPIELE

Fünf Arten von Substrat mit der oder ohne die Zwischenschicht wurden zubereitet und in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet.
(1) Aluminiumlegierung (A390) - durch Läppen oberflächenbehandelt
Oberflächenrauheit - Rz 0,512 um
(2) Aluminiumlegierung (A390) - Sn-Plattierung (Zwischenschicht)
Stärke der Plattierung - 3 um
Oberflächenrauheit des Substrats - Rz 0,84 um
(3) Kohlenstoffstahl (S15C) - mit Cu flammenbesprüht (Zwischenschicht)
Flammenbesprühstärke - 50 um (reines Kupfer)
Oberflächenrauheit des Substrats - Rz 0,5-1,6 um
(4) Kohlenstoffstahl (S15C) - mit Cu flammenbesprüht (Zwischenschicht) gefolgt von Abstrahlen
Flammenbesprühstärke - 50 um (reines Kupfer)
Oberflächenrauheit des Substrats - Rz 2-15 um
(5) Kohlenstoffstahl (S15C) - Aufkohlung (Zwischenschicht)
Oberflächenrauheit des Substrats - Rz 2-15 um

Beispiel 1

Die Ausgangsstoffe, 50 Volumenprozent handelsüblichen Polyamidimidharzes, 30 Volumenprozent MoS&sub2; (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 20 um), 20 Volumenprozent Graphit (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 1 um) wurden vorbereitet. Als Lösemittel des Harzes wurde den Ausgangsstoffen N-Methyl-2-pyrolidon zugegeben, und alle Komponenten wurden gemischt, gefolgt vom Auftragen auf dem Substrat (2) durch Sprühbeschichten. Dann erfolgte eine Wärmebehandlung bei 190ºC 1 Stunde lang in der Umgebungsluft. Daraufhin wurde die Oberfläche der Feststoffschmiermittelbeschichtung durch Schleifen mit einer SiC-Schleifscheibe behandelt. Die resultierende Gleitkontaktschicht war 10 um dick und wies eine Oberflächenrauheit von 5 um Rz auf. Die Prüflinge einer Festfressprüfung, welche aus dem Substrat (2) und der Gleitkontaktschicht bestanden, wurden unter den folgenden Bedingungen geprüft.
Prüfgerät: Festfressprüfgerät vom Dreistift/Scheiben-Typ
Last: 1 kM
Drehzahl: 1000 U/min
Gleitbedingung: Kühlgas (HFC-134a vom Nichtchlortyp)
Größe des Prüflings: 96 mm Außendurchmesser und 75 mm Innendurchmesser
Gegenüberliegendes Material: Lagerstahl (SUJ2), Größe 14,28 mm, Oberflächenrauheit 0,4 um Rz.
Temperatur: Prüfung wurde bei Raumtemperatur gestartet. Nachfolgender Temperaturanstieg wird weder gemessen noch geregelt.
Das Ergebnis der Prüfung wird gemeinsam mit den anderen Beispielen und Vergleichsbeispielen in der Tabelle dargestellt.

Beispiel 2

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, außer dass das Substrat (4), an Stelle des Substrats (2) verwendet wurde.

Beispiel 3

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, außer dass 50 Volumenprozent Polyamidimidharz, 30 Volumenprozent MoS&sub2;, 15 Volumenprozent Graphit und 5 Volumenprozent PbO (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 2 um) als Materialien der Gleitkontaktschicht verwendet wurden.

Vergleichsbeispiel 1

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, außer dass das Substrat (1) an Stelle des Substrats (2) verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt, außer dass das Substrat (2) als Prüfling verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 3

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde ausgeführt, außer dass das Substrat (3) an Stelle des Substrats (2) verwendet wurde und dass ferner keine Gleitkontaktschicht verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 4

Dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 wurde ausgeführt, außer dass das Substrat (5) an Stelle des Substrats (2) verwendet wurde.

Tabelle 2

Beispiele Vergleichsbeispiele Festfresszeit (Minuten)

Beispiel 1 über 180
Beispiel 2 über 180
Beispiel 3 über 180
Vergleichsbeispiel 1 3
Vergleichsbeispiel 2 10
Vergleichsbeispiel 3 10
Vergleichsbeispiel 4 10

Beispiel 4

Die Taumelscheibe (96 mm Durchmesser) wurde anhand des Verfahrens aus Beispiel 1 behandelt, um die Zwischenschicht und die Gleitkontaktschicht, deren Stärke S um betrug, auszubilden. Die auf diese Weise behandelte Taumelscheibe wurde in einem Solchen Taumelscheibenkompressor angebracht und unter den folgenden Bedingungen der Festfressprüfung unterzogen: Drehzahl 10000 U/min. Trockenschmierung und Kühlgas. Die Festfressprüfung wurde vier Mal wiederholt.
Die Taumelscheibe wurde auch 100 Stunden lang in den folgenden Bedingungen der Verschleißprüfung unterzogen: wiederholte Zyklen mit einer Drehzahl von 700 U/min. 20 Sekunden lang und daraufhin 5 Sekunden langes Anhalten. Die Höchst- und Tiefstwerte, die in den vier Festfressprüfungen erhalten wurden, sind in Tabelle 3 angeführt. Das Ergebnis der Verschleißprüfung wird in Fig. 4 dargestellt.

Beispiel 5

Die Taumelscheibe wurde mittels des Verfahrens aus Beispiel 2 behandelt, um die Zwischenschicht und die Gleitkontaktschicht, deren Stärke 5 um betrug, auszubilden. Die auf diese Weise behandelte Taumelscheibe wurde denselben Prüfungen wie in Beispiel 4 unterzogen. Die Ergebnisse werden wie für Beispiel 4 in Tabelle 3 und Fig. 3 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 5

Das Substrat ohne die Gleitkontaktschicht wurde denselben Prüfungen wie in Beispiel 4 unterzogen. Die Ergebnisse werden wie für Beispiel 2 in Tabelle 3 und Fig. 4 dargestellt.

Tabelle 3

Beispiele Vergleichsbeispiele Festfresszeit (Minuten)

Beispiel 4 60-90
Beispiel 5 60-90
Vergleichsbeispiel 5 18-20
Wie oben beschrieben wurde und klar aus den Laborexperimenten und Experimenten in einer tatsächlichen Maschine hervorgeht, zeigt die Taumelscheibe, welche mittels des Oberflächenbehandlungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, verbesserten Festfresswiderstand und verbesserte Verschleißbeständigkeit im trockenen Zustand.

Claims

1. Taumelscheibe eines Taumelscheibenkompressors, umfassend:

ein auf Aluminium oder Eisen basierendes Substrat (6);

eine Zwischenschicht (7), welche mindestens ein Element umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zinn, Kupfer und Metallphosphat besteht; und

eine Gleitkontaktschicht (8), die wärmeaushärtendes Harz und mindestens ein Feststoffschmiermittel umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Molybdändisulfid und Graphit besteht.

2. Taumelscheibe nach Anspruch 1, wobei das Feststoffschmiermittel mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Molybdändisulfid, Graphit und Bleioxid besteht.

3. Taumelscheibe nach Anspruch 1 oder 2, Wobei die Gleitkontaktschicht (8) zu 20 bis 80 Volumenprozent aus wärmeaushärtendem Harz und zu 80 bis 20% aus dem Feststoffschmiermittel besteht.

4. Taumelscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleitkontaktschicht (8) des Weiteren mindestens ein hartes Zusatzmittel umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Sb&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und Ton besteht.

5. Taumelscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleitkontaktschicht nicht mehr als 10 Volumenprozent des harten Zusatzmittels enthält.

6. Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Molybdändisulfid einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 bis 40 um und das Graphit einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,3 bis 10 um aufweist.

7. Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat (6) und die Zwischenschicht (7) eine nicht-gerichtete Rauheit aufweisen, deren Wert in Abhängigkeit von der Messrichtung unveränderlich ist.

8. Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat (6) und die Zwischenschicht (7) eine gerichtete Rauheit (5) aufweisen, deren Richtung sich mit der Gleitrichtung (R) überschneidet.

9. Taumelscheibe nach Anspruch 8, wobei der Überschneidungswinkel zwischen der Richtung der Rauheit (5) und der Gleitrichtung (5) bei 5º oder mehr liegt.

10. Taumelscheibe nach Anspruch 9, wobei die gerichtete Rauheit mit dem Überschneidungswinkel von 5º oder mehr auf mindestens 20 Flächenprozent der Taumelscheibe (1) ausgebildet ist.

11. Taumelscheibe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Rauheit bei Rz 0,4 bis 25 um liegt.