DE102012111347B4

DE102012111347B4 - Verfahren zum Bearbeiten eines fluiddruckbeaufschlagten Bauteils einer Pumpe und fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil

Info

Publication number: DE102012111347B4
Application number: DE102012111347.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lippert; Andreas Vatter
Original assignee: Woma GmbH
Current assignee: Woma GmbH
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2032-11-24
Also published as: DE102012111347A1

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten eines fluiddruckbeaufschlagten Bauteils einer Pumpe, wobei das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mindestens eine Fluidkontaktfläche aufweist, die von mit der Pumpe zu förderndem Fluid kontaktiert wird, wobei an zumindest einem Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche durch Kaltumformung Druckeigenspannungen in das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil vor dessen Einbau in die Pumpe eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen durch ein kaltumformendes hydrostatisches Festwalzverfahren eingebracht werden, dem das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil unterzogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines fluiddruckbeaufschlagten Bauteils einer Pumpe, insbesondere einer oszillierenden Verdrängerpumpe, wobei das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mindestens eine Fluidkontaktfläche aufweist, die von mit der Pumpe zu förderndem Fluid kontaktiert wird, wobei an zumindest einem Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche durch Kaltumformung Druckeigenspannungen in das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil vor dessen Einbau in die Pumpe eingebracht werden.
Außerdem betrifft die Erfindung ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil einer Pumpe.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Pumpe sowie eine Pumpe, insbesondere einer oszillierende Verdrängerpumpe.
Fluiddruckbeaufschlagte Bauteile von Pumpen unterliegen in deren Betrieb einer erheblichen Belastung. Dies gilt insbesondere für oszillierende Verdrängerpumpen und speziell in Bereichen derselben, in denen der Fluiddruck zwischen einem vergleichsweise geringen Saugdruck und einem Hochdruck oszilliert, der einige hundert bar (100 bar = 10 MPa) bis durchaus 300 MPa (3000 bar), 400 MPa (4000 bar) oder mehr betragen kann. Das Bauteil wird von dem mit der Pumpe zu förderndem Fluid über die mindestens eine Fluidkontaktfläche beaufschlagt, wobei die Fluidkontaktfläche als solche des zu bearbeitenden fluiddruckbeaufschlagten Bauteils anzusehen ist, welche vom Fluid in dessen bestimmungsgemäßem Einsatz kontaktiert wird, in dem das Bauteil in die Pumpe eingebaut oder die Pumpe unter Berücksichtigung des Bauteils zusammengebaut ist. Um die Lebensdauer fluiddruckbeaufschlagter Bauteile, speziell bei oszillierenden Verdrängerpumpen, zu erhöhen, ist es bekannt, die Härte und damit die Wertigkeit der eingesetzten Werkstoffe zu steigern, was mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist. Weiter ist es bekannt, die Fluidkontaktflächen fluiddruckbeaufschlagter Bauteile möglichst zu reduzieren, um die auf die Bauteile wirkenden Kräfte zu verringern. Dies beinhaltet jedoch den Nachteil geringerer Volumenströme und Förderleistungen der Pumpe.
Die DE 102 60 856 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steigerung einer Dauerfestigkeit eines mit wenigstens einem Hohlraum ausgebildeten metallischen Bauteils unter zyklischer Innendruckbelastung, bei dem das Bauteil wenigstens abschnittsweise zur Erzeugung von Druckeigenspannungen im Bauteil teilplastisch verformt wird.
In der DE 10 2011 007 224 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorbereiches beschrieben, der einen ringförmigen Grundkörper und mehrere über den Umfang verteilte Schaufelelemente umfasst. In die Schaufelelemente werden über ein jeweils zwischen die Schaufelelemente eingreifendes Walzwerkzeug in oberflächennahen Bereichen Eigenspannungen eingebracht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bearbeiten eines fluiddruckbeaufschlagten Bauteils einer Pumpe bereitzustellen, mit dem die Robustheit des Bauteils gesteigert und dessen Lebensdauer erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Druckeigenspannungen durch ein kaltumformendes hydrostatisches Festwalzverfahren eingebracht werden, dem das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil unterzogen wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden durch Kaltumformung an zumindest einem Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche Druckeigenspannungen in das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil selbst eingebracht. Die Druckeigenspannungen wirken insbesondere an der dem Fluid zugewandten Randzone des Bauteils Zugspannungen aufgrund der Fluiddruckbeaufschlagung entgegen. Wird das Bauteil mit Fluiddruck beaufschlagt, insbesondere einem stark schwankenden Fluiddruck einer oszillierenden Verdrängerpumpe, können die eingebrachten Druckeigenspannungen zunächst abgebaut werden, und das Bauteil ist erst dann Zugspannungen ausgesetzt, wenn der Fluiddruck einen gewissen Mindestdruck übersteigt. Das Bauteil kann dadurch höheren Zugspannungen und insbesondere Fluiddrücken ausgesetzt werden, so dass die Robustheit gesteigert und die Lebensdauer erhöht wird. Durch Kaltumformung zumindest an einem Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche kann ferner eine Kaltverfestigung an der dem Fluid zugewandten Randzone des Bauteils erzielt werden, indem dieses plastisch umgeformt wird. Dies gibt die Möglichkeit, die Rauheit zumindest an dem Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche zu verringern und das Bauteil zu glätten. Dies ermöglicht gleichmäßigere Beaufschlagung des Bauteils mit Fluiddruck und erlaubt es, ungleichmäßigen Spannungen im Bauteil vorzubeugen. Dies wiederum verringert die Gefahr einer Rissbildung des Bauteils, so dass dessen Robustheit gesteigert und dessen Lebensdauer erhöht ist.
Zum Einbringen der Druckeigenspannungen kann das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mit einem Festwalzverfahren bearbeitet werden.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Druckeigenspannungen durch ein kaltumformendes Festwalzverfahren eingebracht werden, dem das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil unterzogen wird. Beim Festwalzverfahren kann der bearbeitete Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche festgewalzt werden. Durch das Festwalzen können Druckeigenspannungen im Bereich der Randzone des Bauteils induziert und dadurch dessen Festigkeit erhöht werden. Beim Festwalzen erfolgt eine Kaltverfestigung, so dass die Härte des Bauteils bis in tiefere Materiallagen, zum Beispiel einige 100 μm, gesteigert werden kann. Durch die Kaltverfestigung kann beim Festwalzen zugleich eine Glättung des Bauteils erfolgen, indem Rauigkeiten ausgeglichen werden. Wie erwähnt, kann dadurch Fluiddruck gleichmäßiger auf das Bauteil wirken, und sich ergebende Zugspannungen können zur Steigerung der Lebensdauer vergleichmäßigt werden. Darüber hinaus kann ein zusätzlicher Glättungs- oder Poliervorgang eingespart werden, wenn das Bauteil einem Festwalzverfahren unterzogen wird. Dies ermöglicht eine zeitsparende und kostengünstige Bearbeitung des Bauteils.
Es wird ein hydrostatisches Festwalzverfahren eingesetzt, bei dem mindestens ein Festwalzkörper hydrostatisch gelagert ist auf einer der zu bearbeitenden Fluidkontaktfläche abgewandten Seite. Durch die hydrostatische Lagerung kann auf bearbeitungstechnisch einfache Weise eine definierte Kraft über den Festwalzkörper auf das Bauteil ausgeübt werden, damit die mindestens eine Fluidkontaktfläche in möglichst definierter Weise festgewalzt und Druckeigenspannungen induziert werden können.
Günstig ist es, wenn die mindestens eine Fluidkontaktfläche an einem in sich zusammenhängenden Abschnitt mit Druckeigenspannungen versehen wird, so dass das Bauteil im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts robuster ausgestaltet werden kann. Vorzugsweise wird die gesamte oder im Wesentlichen gesamte mindestens eine Fluidkontaktfläche mit Druckeigenspannungen versehen, so dass die vorstehend erläuterten Vorteile im Bereich der gesamten oder im Wesentlichen gesamten mindestens einen Fluidkontaktfläche erzielt werden können.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil eine Außenkontur aufweist und eine Innenkontur, die einen vom Bauteil definierten Fluidraum begrenzt, und wenn mindestens eine Fluidkontaktfläche an der Innenkontur angeordnet ist und mit Druckeigenspannungen versehen wird. Der vom Bauteil definierte Fluidraum wird von einer Innenkontur desselben begrenzt, an der mindestens eine Fluidkontaktfläche angeordnet ist. Im Fluidraum aufgenommenes Fluid, bei Verwendung des Bauteils in der Pumpe, kann dadurch die mindestens eine Fluidkontaktfläche kontaktieren, welche mit Druckeigenspannungen versehen ist. Der Fluidraum kann bei zusammengebauter Pumpe beispielsweise eine Pumpkammer derselben oder den Abschnitt einer Pumpkammer ausbilden, oder zum Beispiel einen Durchgangskanal für Fluid, etwa eine Saugleitung oder eine Druckleitung der Pumpe bzw. einen Teil der Saug- oder der Druckleitung.
Zur Erzielung eines besonders robusten und langlebigen Bauteils erweist es sich als vorteilhaft, wenn die gesamte oder im Wesentlichen gesamte Innenkontur mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Günstig ist es, wenn das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mindestens eine Durchtrittsöffnung für Fluid in den Fluidraum hinein oder aus diesem heraus aufweist und wenn mindestens eine Fluidkontaktfläche an einem Rand der Durchtrittsöffnung an der Außenkontur angeordnet ist und mit Druckeigenspannungen versehen wird. Dadurch können Druckeigenspannungen am Rand der Durchtrittsöffnung an der Außenkontur eingebracht werden. Der Rand kann bei Verwendung des Bauteils in der Pumpe insbesondere einen Ventilsitz für ein Saugventil oder ein Druckventil der Pumpe ausbilden. Dadurch kann die Festigkeit des Bauteils am Ventilsitz erhöht werden, der ebenfalls stark schwankenden Fluiddrücken ausgesetzt sein kann. Die Gefahr, dass das Bauteil aufgrund schwankenden Fluiddrucks am Ventilsitz beschädigt wird, kann dadurch verringert werden. Über die höhere Lebensdauer des Bauteils hinaus hat dies insbesondere den Vorteil, dass Ventile über eine längere Nutzungsdauer der Pumpe zuverlässig schließen können und die Nutzung der Pumpe über einen längeren Zeitraum in zuverlässiger Weise sichergestellt werden kann.
Vorzugsweise wird als fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil eine Hülse bearbeitet, die an einem Innenumfang eine Fluidkontaktfläche aufweist, die mit Druckeigenspannungen versehen wird. Die Hülse kann einen Fluidraum definieren, der bei Verwendung des Bauteils und der Pumpe insbesondere eine Pumpkammer oder einen Abschnitt einer Pumpkammer ausbildet. Am Innenumfang und damit einer Innenkontur des Bauteils ist eine mit Druckeigenspannungen versehene Fluidkontaktfläche angeordnet. Fluid in der Pumpkammer kann die Fluidkontaktfläche kontaktieren, und die an der Fluidkontaktfläche vorgesehenen Druckeigenspannungen können zur Steigerung der Robustheit des Bauteils dem Fluiddruck entgegenwirken.
Bei einer andersartigen vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es günstig, wenn das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil einen Durchgangskanal für Fluid aufweist mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung, wenn eine Wandung des Durchgangskanals eine Fluidkontaktfläche ausbildet, die mit Druckeigenspannungen versehen wird, und wenn das Bauteil an einem Rand der Eintrittsöffnung und/oder der Austrittsöffnung einen Ventilsitz ausbildet, an dem das Bauteil mit Druckeigenspannungen versehen wird. Der Durchgangskanal kann bei Verwendung des Bauteils in der Pumpe beispielsweise einen Abschnitt der Pumpkammer bilden, durch den hindurch unter Druck gesetztes Fluid zu einer Druckleitung der Pumpe strömen kann. Die Wandung des Durchgangskanals, an einer Innenkontur des Bauteils, ist mit Druckeigenspannungen zur Steigerung von dessen Lebensdauer versehen. Wie bereits erwähnt, kann durch Einbringen von Druckeigenspannungen am Rand des Durchgangskanals im Bereich des Ventilsitzes ebenfalls eine Steigerung der Robustheit und Erhöhung der Lebensdauer des Bauteils erzielt werden.
Vorzugsweise wird das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil in einer Werkzeugaufspannung formgebend bearbeitet, und die Druckeigenspannungen werden anschließend in derselben Werkzeugaufspannung eingebracht. Dies erlaubt eine kostengünstige Fertigung des Bauteils, welches zunächst formgebend bearbeitet werden kann, beispielsweise durch Drehen und/oder Fräsen und/oder Bohren. In derselben Werkzeugaufspannung können durch Kaltumformung Druckeigenspannungen eingebracht werden, ohne dass zu diesem Zweck das Bauteil der Werkzeugaufspannung entnommen werden muss.
Beim Festwalzen des Bauteils kann zum Beispiel ein Vorschubverfahren eingesetzt werden, bei dem das Bauteil und ein Festwalzwerkzeug relativ zueinander rotieren, beispielsweise mit einer relativen Rotationsgeschwindigkeit von ungefähr 400 bis ungefähr 600 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise ungefähr 500 Umdrehungen pro Minute. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Bauteil rotiert und/oder dass das Werkzeug rotiert. Das Vorschubverfahren erweist sich zum Beispiel als günstig, wenn ein hülsenförmiges Bauteil an einer Innenkontur, an der die mindestens eine Fluidkontaktfläche angeordnet ist, bearbeitet wird, oder wenn die Wandung eines Durchgangskanals des Bauteils bearbeitet wird, wobei ein axialer Vorschub des Werkzeuges relativ zu einem rotierenden Bauteil längs einer von diesem definierten Achse erfolgen kann. Denkbar ist auch ein Freiform-Festwalzverfahren, bei dem der bearbeitete Abschnitt der Fluidkontaktfläche beispielsweise mäanderförmig von einem Festwalzwerkzeug bearbeitet wird.
In der Praxis erweist es sich als günstig, wenn beim Festwalzverfahren ein rotierender Festwalzkörper mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10 mm verwendet wird.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass als Festwalzkörper eine Kugel verwendet wird. Denkbar ist auch die Verwendung eines Festwalzkörpers in Gestalt einer Rolle.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es günstig, wenn genau ein Festwalzkörper verwendet wird, beispielsweise genau eine Kugel.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mehr als ein Festwalzkörper verwendet wird, beispielsweise eine Mehrzahl von Rollen.
In der Praxis erweist es sich als vorteilhaft, wenn beim Festwalzverfahren ein Festwalzdruck von ungefähr 15 MPa (150 bar) bis ungefähr 50 MPa (500 bar) auf das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil ausgeübt wird, bevorzugt ungefähr 20 MPa (200 bar) bis ungefähr 40 MPa (400 bar), noch bevorzugter ungefähr 30 MPa (300 bar).
Günstig ist es, wenn beim Festwalzverfahren ein Festwalzdruck ausgeübt wird, der an einem Rand des dem Festwalzverfahren unterzogenen Abschnitts, welcher an einen nicht dem Festwalzverfahren unterzogenen Abschnitt des Bauteils angrenzt, geringer ist als im Abstand zum Rand. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass der Festwalzdruck am Rand des dem Festwalzverfahren unterzogenen Abschnitts abnimmt, insbesondere kontinuierlich und/oder monoton, speziell linear. Am Rand des bearbeiteten Abschnitts kann der Festwalzdruck bis auf Null abfallen, um einen kontinuierlichen Übergang zu einem nicht dem Festwalzverfahren unterzogenen Abschnitt sicherzustellen. Durch den am Rand des bearbeiteten Abschnitts geringeren Festwalzdruck kann weitgehend vermieden werden, dass spannungsinduzierte Risse am Rand des festgewalzten Bereiches auftreten können.
In der Praxis erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Material für das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil hochfester Edelstahl verwendet wird, vorzugsweise mit einer 0,2%-Dehngrenze von ca. 450 N/mm² bis ca. 1500 N/mm².
Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil einer Pumpe. Ein erfindungsgemäßes fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil einer Pumpe, insbesondere einer oszillierenden Verdrängerpumpe, ist nach einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art bearbeitet. Durch Bearbeiten kann dessen Robustheit gesteigert und Lebensdauer erhöht werden. Das Bauteil weist damit die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens erwähnten Vorteile auf, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen werden kann.
Wie eingangs weiter erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Pumpe. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Pumpe, insbesondere einer oszillierenden Verdrängerpumpe, umfasst den Schritt des Bereitstellens mindestens eines nach einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art bearbeiteten fluiddruckbeaufschlagten Bauteils und den Schritt des Einbauens desselben in die Pumpe. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Pumpe weist damit die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten des fluiddruckbeaufschlagten Bauteils beschriebenen Vorteile auf, auf die hiermit verwiesen werden kann.
Es wird insbesondere mindestens ein nach einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art bearbeitetes Bauteil bereitgestellt, das vor der Bearbeitung, bei der unter Kaltumformung Druckeigenspannungen eingebracht werden, formgebend bearbeitet werden kann. Der Einbau des mindestens einen Bauteils in die Pumpe oder der Zusammenbau der Pumpe unter Berücksichtigung des mindestens einen Bauteils kann nach der Bearbeitung des Bauteils erfolgen.
Wie weiter erwähnt, betrifft die Erfindung auch eine Pumpe. Eine erfindungsgemäße Pumpe, bei der es sich insbesondere um eine oszillierende Verdrängerpumpe handeln kann, ist nach einem Verfahren zum Herstellen einer Pumpe der vorstehend beschriebenen Art hergestellt. Damit umfasst die Pumpe zumindest ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil, das nach einem Verfahren zu dessen Herstellung der vorstehend beschriebenen Art bearbeitet ist. Auf die im Zusammenhang mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Vorteile kann an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen werden.
Günstig ist es, wenn die Pumpe eine Saugleitung aufweist, eine Pumpkammer, einen Verdrängungskörper und eine Druckleitung, wobei die Saugleitung über mindestens ein Saugventil in die Pumpkammer mündet, in der Fluid mit dem Verdrängungskörper unter Druck gesetzt wird, wobei die Pumpkammer über mindestens ein Druckventil in die Druckleitung mündet, und wenn das mindestens eine fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mit einer Fluidkontaktfläche, in die Druckeigenspannungen eingebracht sind, eine Wandung der Pumpkammer oder einen Abschnitt einer Wandung der Pumpkammer ausbildet. Das Bauteil bildet mit der mindestens einen Fluidkontaktfläche eine Wandung oder einen Abschnitt der Wandung der Pumpkammer aus. In der Pumpkammer schwankt der Druck des unter Druck gesetzten Fluids zwischen einem Saugdruck und einem Hochdruck, der bei oszillierenden Verdrängerpumpen, wie eingangs erwähnt, einige hundert bar (100 bar = 10 MPa) bis hin zu einigen tausend bar (1000 bar = 100 MPa) betragen kann. Durch Vorsehen der Druckeigenspannungen an der Wandung der Pumpkammer oder einem Abschnitt davon kann das Bauteil mit einer höheren Lebensdauer speziell an demjenigen Bereich der Pumpe versehen werden, der einem stark schwankenden Fluiddruck unterliegt.
Günstigerweise bildet mindestens ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil eine die Pumpkammer zumindest teilweise bildende Hülse aus. In die Hülse kann zum Beispiel der Verdrängungskörper eintauchen, um das Fluid in der Pumpkammer unter Druck zu setzen. Die Hülse, beispielsweise von zylindrischer Kontur, bildet die Pumpkammer oder einen Abschnitt davon. Im Bereich einer Innenkontur der Hülse, an der ein Fluidkontaktbereich angeordnet ist, können Druckeigenspannungen eingebracht sein, um die Lebensdauer des Bauteils zu erhöhen.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass mindestens ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil die Saugleitung und/oder die Druckleitung zumindest abschnittsweise umfasst oder ausbildet. Beispielsweise ist vorgesehen, dass ein Abschnitt der Saugleitung und/oder ein Abschnitt der Druckleitung ebenso vom Bauteil gebildet wird wie die Pumpkammer oder ein Abschnitt davon.
Insbesondere ist es möglich, dass ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil einen Pumpenkopf der Pumpe oder einen Teil desselben ausbildet, der die Saugleitung und die Druckleitung umfasst. In einem derartigen Bauteil können die Saugleitung und die Druckleitung gebildet sein sowie ein Abschnitt der Pumpkammer, an dem mindestens ein Einsatz für das mindestens eine Saugventil und/oder das mindestens eine Druckventil angeordnet ist.
Von Vorteil ist es, wenn ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil einen Ventilsitz für das mindestens eine Saugventil und/oder einen Ventilsitz für das mindestens eine Druckventil ausbildet, wie bereits vorstehend erläutert wurde.
Dabei ist es günstig, wenn das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil am Ventilsitz für das Druckventil und/oder am Ventilsitz für das Saugventil unter Kaltverformung eingebrachte Druckeigenspannungen aufweist.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1: eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe, die erfindungsgemäße fluiddruckbeaufschlagte Bauteile umfasst;
2: eine vergrößerte Teilansicht von 1 und
3: eine Teildarstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe, umfassend ein erfindungsgemäßes fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil.
1 zeigt in einer Schnittansicht eine erste, insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe. Bei der Pumpe 10 handelt es sich vorliegend um eine oszillierende Verdrängerpumpe in sogenannter Zentralventilbauweise, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Die Pumpe 10 umfasst einen Pumpenblock 12 und einen mit diesem verbundenen Pumpenkopf 14, der in 2 zusammen mit einem Abschnitt des Pumpenblocks 12 vergrößert dargestellt ist. Der Pumpenblock 12 weist ein Gehäuse 16 auf, in dem ein Antrieb 18 aufgenommen ist, der vorliegend als Kurbelwellenantrieb ausgestaltet ist. Der Antrieb 18 umfasst dementsprechend ein Koppelelement in Gestalt eines Pleuels 22, um einen Kolben 24 längs einer von der Pumpe 10 definierten Achse 26 oszillierend anzutreiben. An der dem Pleuel 22 gegenüberliegenden Seite ist am Kolben 24 ein Verdrängungskörper 28 festgelegt, der vorliegend ausgestaltet ist als sogenannter ”Plunger” 30.
Der Pumpenblock 12 weist an seiner dem Pumpenkopf 14 zugewandten Seite zur Aufnahme des Plungers 30 einen Zylinder 32 aus mehreren Bauteilen auf.
Unter anderem umfasst der Zylinder 32 eine erste Hülse 34 und eine dieser axial (bezogen auf die Achse 26) in Richtung des Pumpenkopfs 14 nachgelagerte zweite Hülse 36. Die Hülsen 34 und 36 sind beispielsweise jeweils zylindrisch ausgestaltet, wobei sie Außenkonturen 38 bzw. 39 und Innenkonturen 40 bzw. 41 aufweisen. Die Innenkonturen 40 und 41 fluchten im Wesentlichen miteinander, und die Hülsen 34 und 36 bilden jeweils abschnittsweise einen Fluidraum 42 aus, in dem Fluid wie insbesondere Wasser mittels des Plungers 30 unter Druck gesetzt werden kann. Zu diesem Zweck kann der Plunger 30 axial in den Fluidraum 42 eintauchen, wobei er in einer vorgeschobenen Stellung der 1 und 2 an einem ersten Totpunkt nahezu bis zu dem dem Pumpenkopf 14 zugewandten Ende der Hülse 36 ragt. Im anderen Totpunkt der Bewegung nimmt der Plunger 30 mit dem freien Ende eine in der Zeichnung gestrichelt dargestellte zurückgezogene Stellung ein, in der er ungefähr bis zu dem gegenüberliegenden Ende der Hülse 36 ragt. Der Fluidraum 42 ist Bestandteil einer Pumpkammer 44 der Pumpe 10, welcher noch einen weiteren Abschnitt umfasst, auf den nachfolgend noch eingegangen wird.
Innenseitig ist in die Hülse 36 eine weitere Hülse 46 eingesetzt, die sich am Pumpenkopf 14 abstützt. An der Hülse 46 stützen sich mittelbar in mehreren Lagen Dichtelemente 48 ab, die innenseitig in die Hülse 34 eingesetzt sind, wobei die Dichtelemente 48 sich über ein elastisches Element, vorliegend eine Schraubenfeder 50, an der Hülse 46 abstützen. Die Stützkraft wird über zwei ringförmige Stützkörper 47 und 49 auf die Dichtelemente 48 übertragen, wobei der Stützkörper 49 an den Dichtelementen 48 anliegt. Der Stützkörper 49 dient als Führungselement für den Plunger 30.
Die Hülse 46 und die Stützkörper 47 und 49 werden am Außenumfang von Fluid umspült. Die Hülsen 34 (abschnittsweise) und 36 stehen dadurch an den Innenkonturen 40 und 41 in Kontakt mit Fluid, so dass die Innenkonturen 40, 41 Fluidkontaktflächen 51 bzw. 52 aufweisen. Die Fluidkontaktflächen 51, 52 sind in 2 durch Verwendung einer dickeren Strichstärke hervorgehoben. Die Fluidkontaktfläche 52 erstreckt sich in axialer Richtung über die gesamte Länge der Hülse 36. Die Fluidkontaktfläche 51 erstreckt sich in axialer Richtung von dem der Hülse 36 zugewandten Ende der Hülse 34 bis zu den Dichtelementen 48. In Umfangsrichtung der Achse 26 erstrecken sich die Fluidkontaktflächen 51 und 52 über die Wandung des Fluidraums 42.
In 2 ist darüber hinaus die Innenkontur 40 von den Dichtelementen 48 bis zu dem der Hülse 36 abgewandten Ende der Hülse 34 durch eine dickere Strichstärke hervorgehoben. Dies kennzeichnet einen Abschnitt 53 der Innenkontur 40, der starken Druckschwankungen unterliegt. Der schwankende Fluiddruck im Fluidraum 42 beaufschlagt die dem Stützkörper 49 zugewandte Stirnseite des diesem benachbarten Dichtelementes 48. Dadurch unterliegen die Dichtelemente 48 einer schwellenden Querkontraktion, und Druckschwankungen werden auf den Abschnitt 53 übertragen. Die Innenkontur 40 umfasst somit die Fluidkontaktfläche 51 und den Abschnitt 53.
Der Pumpenkopf 14 umfasst einen Grundkörper 54, der einen ersten Abschnitt 56 einer Saugleitung 58 der Pumpe 10 bildet und der mit dem Zylinder 32 verbunden ist. Bestandteil des ersten Abschnitts 56 ist auch ein Aufnahmeraum 60, in dem angrenzend an die Hülse 36 ein mit mehreren Durchgangskanälen für Fluid versehener weiterer Körper 62 angeordnet ist, nachfolgend als Zentralventil 64 bezeichnet. Auf der der Hülse 36 abgewandten Seite grenzt das Zentralventil 64 an einen Abgabekörper 66 des Pumpenkopfes 14, auch als ”Druckkupplung” bezeichnet. Der Abgabekörper 66 bildet eine Druckleitung 68 der Pumpe 10.
Das Zentralventil 64 weist in Umfangsrichtung der Achse 26 eine Mehrzahl von zweiten Abschnitten 70 der Saugleitung 58 auf, die mit einem ersten Ende in den Aufnahmeraum 60 und mit einem zweiten Ende in die Pumpkammer 44 münden. Darüber hinaus ist im Zentralventil 64 zentral ein axialer Durchgangskanal 72 gebildet. Der Durchgangskanal 72 wird von einer Innenkontur 74 des Zentralventils 64 eingefasst, welches darüber hinaus eine Außenkontur 76 aufweist. Der Durchgangskanal 72 definiert einen Fluidraum 78 für unter Druck zu setzendes Fluid, der Bestandteil der Pumpkammer 44 ist und über eine Durchtrittsöffnung in den Fluidraum 42 mündet. An der gegenüberliegenden Seite mündet der Fluidraum 78 über eine weitere Durchtrittsöffnung in die Druckleitung 68. An der letztgenannten Durchtrittsöffnung bildet das Zentralventil 64 stirnseitig an der Außenkontur 76 einen Ventilsitz 80 für einen vorliegend tellerförmigen Ventilkörper eines Druckventils 82, das in der Druckleitung 68 angeordnet ist. Über den Ventilkörper des Druckventils 82 kann die Druckleitung 68 gegenüber dem Durchgangskanal 72 dichtend verschlossen werden.
Auf der gegenüberliegenden Seite weist die Pumpe 10 ein Saugventil 84 auf mit einem vorliegend ringförmigen Ventilkörper. Der Ventilkörper des Saugventils 84 umgibt die Durchgangsöffnung des Durchgangskanals 72 und kann die Mündungen der zweiten Abschnitte 70 in den Fluidraum 42 in einer Schließstellung dichtend abdecken. Dementsprechend bildet das Zentralventil 64 einen ringförmigen Ventilsitz 86 für den Ventilkörper des Saugventils 84 im Bereich der Außenkontur 76, wobei auch der Ventilsitz 80 stirnseitig an der Außenkontur 76 angeordnet ist. Das Saugventil 84 kann sich an der Hülse 36 in Richtung auf das Zentralventil 64 abstützen.
An der Innenkontur 74 in Umfangsrichtung der Achse 26 über die gesamte Wandung des Durchgangskanals 72 und an den Ventilsitzen 80 und 86 weist das Zentralventil 64 eine Fluidkontaktfläche 88 auf, die (gegebenenfalls bei geöffnetem Druckventil 82 bzw. Saugventil 84) mit zu förderndem Fluid in Kontakt steht. Auch die Fluidkontaktfläche 88 ist in 2 durch Verwendung einer dickeren Strichstärke hervorgehoben. Darüber hinaus steht das Zentralventil 64 natürlich auch an weiteren Abschnitten mit zu förderndem Fluid in Kontakt, und zwar an den zweiten Abschnitten 70 oder an der Außenkontur 76 im Aufnahmeraum 60.
Im Betrieb der Pumpe 10 wird der Plunger 30 in der Pumpkammer 44 zurückgezogen, so dass Fluid durch die Saugleitung 58 und das geöffnete Saugventil 84 in die Pumpkammer 44 einströmen kann. Wird der Plunger 30 wieder in Richtung auf das Zentralventil 64 bewegt, wird Fluid komprimiert, und das Druckventil 82 öffnet, so dass Fluid durch die Druckleitung 68 abgegeben werden kann.
Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Pumpe 10 um eine Höchstdruckpumpe, mit der Drücke von bis zu ungefähr 300 MPa (3000 bar), 400 MPa (4000 bar) oder sogar noch mehr des geförderten Fluids erzielt werden können. Insbesondere die fluiddruckbeaufschlagten Bauteile der Pumpe 10 sind dadurch hohen Belastungen ausgesetzt. Dies gilt insbesondere für die Hülsen 34 und 36 und das Zentralventil 64 an den Fluidkontaktflächen 51, 52 bzw. 88, weil im Bereich der Pumpkammer 44 der Fluiddruck zwischen dem geringen Saugdruck und dem Hochdruck besonders stark schwankt (sogenannter stark schwellender Druckbereich). Hiervon betroffen ist auch das Zentralventil 64 im Bereich der Ventilsitze 80 und 86 aufgrund der endlichen Öffnungs- und Schließzeiten des Druckventils 82 bzw. Saugventils 84. Ferner ist hiervon der Abschnitt 53 der Innenkontur 40 aufgrund der schwellenden Querkontraktion der Dichtelemente 48 betroffen.
Die Hülsen 34 und 36 und das Zentralventil 64 sind vorteilhafte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen fluiddruckbeaufschlagten Bauteilen, die nach vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet sind. Hierzu ist vorgesehen, dass die Hülsen 34 und 36 und das Zentralventil 64 an den Fluidkontaktflächen 51, 52 bzw. 88 und die Hülse 34 am Abschnitt 53 vor dem Zusammenbau der Pumpe 10 so bearbeitet werden, dass an diesen Druckeigenspannungen induziert werden.
Die Druckeigenspannungen werden vorliegend dadurch in die Hülsen 34, 36 und das Zentralventil 64 eingebracht, dass diese nach formgebender Bearbeitung einem Kaltumformverfahren unterzogen werden. Insbesondere werden die Hülsen 34, 36 und das Zentralventil 64 (nachfolgend ”bearbeitete Bauteile”) einem Festwalzverfahren unterzogen.
Die bearbeiteten Bauteile können günstigerweise in derselben Werkzeugaufspannung festgewalzt werden, in der sie, etwa durch Drehen, Fräsen oder Bohren, formgebend bearbeitet werden. Ein Festwalzwerkzeug kann zum Festwalzen an den Fluidkontaktflächen 51, 52 und 88 und am Abschnitt 53 ansetzen, wobei der Festwalzdruck günstigerweise ungefähr 10 MPa (100 bar) bis ungefähr 50 MPa (500 bar) beträgt und bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens ungefähr 30 MPa (300 bar). Es kommt erfindungsgemäß ein hydrostatisches Festwalzwerkzeug zum Einsatz, so dass der Festwalzdruck in möglichst definierter Weise auf die bearbeiteten Bauteile ausgeübt werden kann, um ein möglichst gleichmäßiges Arbeitsergebnis zu erhalten. Als Festwalzkörper kommt vorliegend insbesondere eine Kugel zum Einsatz mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10 mm. Beispielsweise wird an den Innenkonturen 40, 41 und 74 im axialen Vorschubverfahren festgewalzt, wobei die bearbeiteten Bauteile relativ zum feststehenden Festwalzwerkzeug rotieren, beispielsweise mit einer Umlaufgeschwindigkeit von ungefähr 450 bis ungefähr 550 Umdrehungen pro Minute. Es kann vorgesehen sein, dass insbesondere nur ein Festwalzkörper in Gestalt einer Kugel eingesetzt wird.
Durch Festwalzen der bearbeiteten Bauteile ist es möglich, an den Fluidkontaktflächen 51, 52 und 88 und am Abschnitt 53 Druckeigenspannungen in diese einzubringen, und damit an mit Fluid in Kontakt stehenden Bereichen. Darüber hinaus kann durch Kaltumformung eine plastische Verformung und insbesondere eine Glättung erzielt werden. Dies erlaubt es auch, einen nachfolgenden Glätt- oder Poliervorgang der bearbeiteten Bauteile einzusparen. Weiter kann durch das Festwalzen eine Kaltverfestigung aufgrund der plastischen Umformung erzielt werden.
Im Ergebnis erlaubt die Anwendung des Festwalzverfahrens auf die bearbeiteten Bauteile, wie sich in der Praxis zeigt, deren Robustheit zu steigern und damit deren Lebensdauer zu erhöhen. Durch die eingebrachten Druckeigenspannungen können Zugspannungen, die aufgrund des Fluiddrucks auf die bearbeiteten Bauteile ausgeübt werden, zunächst abgebaut werden, bis ein bestimmter Fluiddruck erreicht ist. Erst nach Überschreiten dieses Fluiddrucks sind die bearbeiteten Bauteile Zugspannungen ausgesetzt, wobei diese erheblich geringer ausfallen als im Fall von unbearbeiteten Bauteilen. Die Glättung infolge des Festwalzverfahrens erlaubt es auch, durch Vergleichmäßigung der auf die bearbeiteten Bauteile einwirkenden Zugspannungen Rissbildung im Bereich der Fluidkontaktflächen 51, 52 und 88 und am Abschnitt 53 vorzubeugen, was sich ebenfalls günstig auf die Lebensdauer der bearbeiteten Bauteile auswirkt.
3 zeigt in einer 2 entsprechenden Weise eine Teildarstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 90 belegt ist. Die Pumpe 90 weist ebenso wie die Pumpe 10 ein in 3 nur ansatzweise dargestelltes Gehäuse 16 auf, in dem ebenfalls ein Antrieb für den Plunger 30 der Pumpe 90 angeordnet ist. Auch im Übrigen werden für gleiche und gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Pumpen 10 und 90 identische Bezugszeichen verwendet. Die mit der Pumpe 10 erzielbaren Vorteile können mit der Pumpe 90 ebenfalls erzielt werden, so dass mit einem Festwalzverfahren bearbeitete Bauteile der Pumpe 90 eine hohe Robustheit und lange Lebensdauer aufweisen. Bezüglich dieser Vorteile wird auf die vorstehenden Ausführungen zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen.
Bei der Pumpe 90 kommen anstelle der Hülsen 34 und 36 Hülsen 92 und 94 als Bestandteil des Zylinders 32 zum Einsatz. Die Hülse 94 greift in die Hülse 92 ein und stützt sich auf der gegenüberliegenden Seite an einem Grundkörper 96 des Pumpenkopfes 14 ab. Die Dichtelemente 48 stützen sich an einer Ringschulter der Hülse 94 unter der Wirkung der Schraubenfeder 50 mittelbar ab. Die Stützkraft wird über die ringförmigen Stützkörper 47 und 49 auf die Dichtelemente 48 übertragen. Die Dichtelemente 48 liegen an einer Ringschulter der Hülse 92 an.
Die vorliegend zylindrischen Hülsen 92 und 94 umfassen Außenkonturen 98 bzw. 99 und Innenkonturen 100 bzw. 101 und definieren einen gemeinsamen Fluidraum 102 als Bestandteil der Pumpkammer 44. Der Plunger 30 kann in den Fluidraum 102 eintauchen und an einem ersten Totpunkt die in 3 dargestellte Stellung einnehmen, in der er bis in den Pumpenkopf 14 hineinragt. In einem zweiten Totpunkt (gestrichelt dargestellt), ragt die Stirnseite des Plungers 30 ungefähr bis zum Stützkörper 47.
An den Innenkonturen 100 und 101 weisen die Hülsen 92 und 94 Fluidkontaktflächen 104 bzw. 105 auf, hervorgehoben in 3 jeweils durch eine dickere Strichstärke in der Zeichnung. In 3 sind darüber hinaus auch Abschnitte der Innenkontur 100 hervorgehoben, welche vom Fluid nicht kontaktiert werden. Es handelt sich dabei zum einen um einen dem Abschnitt 53 entsprechenden Abschnitt 103 der Innenkontur 100, der die Dichtelemente 48 umgibt und sich vom Stützkörper 49 bis zur Ringschulter der Hülse 92 erstreckt, an der sich die Dichtelemente 48 abstützen. Zum anderen ist in 3 ein Abschnitt 107 der Innenkontur 100 durch eine dickere Strichstärke hervorgehoben, an dem die Hülse 92 die Hülse 94 außenseitig an deren Außenkontur 99 umgreift.
Die Abschnitte 103 und 107 sind ebenso wie die Fluidkontaktfläche 104 dem Festwalzverfahren unterzogen, mit dem die Hülse 92 nach formgebender Bearbeitung vor dem Zusammenbau der Pumpe 90 bearbeitet wird. Dies erlaubt eine einfache Durchführung des Festwalzverfahrens, welches an der Hülse 92 von demjenigen ringschulterförmigen Abschnitt der Innenkontur 100, an dem sich die Dichtelemente 48 abstützen, bis zu dessen der Hülse 94 zugewandten Ende angewandt wird. Die Bearbeitung erfolgt dabei an dem gesamten Innenumfang der Hülse 94 bezüglich der Achse 26.
Die Hülse 94 wird an der Innenkontur 101 an der Fluidkontaktfläche 105 und stirnseitig an der Außenkontur 99 am Ringkragen, an dem sich die Schraubenfeder 50 abstützt, durch Festwalzen mit Druckeigenspannungen versehen, wobei auch der letztgenannte Abschnitt in 3 durch eine erhöhte Strichstärke hervorgehoben ist. Die Bearbeitung an der Innenkontur 101 erfolgt an dem gesamten Innenumfang der Hülse 94 bezüglich der Achse 26.
Die Hülsen 92 und 94 werden beispielsweise in einem axialen Vorschubverfahren bearbeitet.
Die Pumpe 90 ist als sogenannte T-Ventil-Pumpe ausgestaltet, mit der ein Fluiddruck bis ungefähr 40 MPa (400 bar) erzielt werden kann. Der Pumpenkopf 14 definiert eine senkrecht zur Achse 26 ausgerichtete Achse 106, längs derer das Druckventil 82 und das Saugventil 84 geöffnet werden können. Der Grundkörper 96 bildet einen Raum 108 längs der Achse 106, in dem die Saugleitung 58 gebildet ist. Auf der der Achse 26 gegenüberliegenden Seite ist die Druckleitung 68 als Abschnitt des Raums 108 gebildet. Einsätze 110 und 112, die Ventilsitze für das Saugventil 84 bzw. das Druckventil 82 bilden, sind über Dichtelemente 111 bzw. 113 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Achse 26 dichtend im Raum 108 an den Grundkörper 96 angesetzt. Für das Saugventil 84 und das Druckventil 82 ist ein Ventilträger 114 vorgesehen, der ebenfalls im Raum 108 angeordnet ist und an den Grundkörper 96 dichtend angesetzt ist. Zwischen den Dichtelementen 111 und 113 ist der Ventilträger 114 außenseitig von zu förderndem Fluid umgeben.
Der Pumpenkopf 14 bildet einen Fluidraum 116 als Abschnitt der Pumpkammer 44 zwischen den Ventilsitzen der Einsätze 110 und 112. Der Fluidraum 116 mündet über eine Öffnung 118 in den Fluidraum 102, deren Rand Bestandteil einer Innenkontur 120 des Grundkörpers 96 ist.
Der Grundkörper 96 ist ebenfalls vor Einbau in die Pumpe 90 mit Druckeigenspannungen unter Einsatz eines Festwalzverfahrens versehen worden, und zwar an Fluidkontaktflächen 122 und 123, die sich an der Innenkontur 120 am Rand der Öffnung 118 und parallel zur Achse 106 bis zu den Dichtelementen 111 und 113 erstrecken. An der der Achse 106 gegenüberliegenden Seite ist an der Innenkontur 120 eine Fluidkontaktfläche 124 angeordnet, die sich ebenfalls vom Dichtelement 111 bis zum Dichtelement 113 erstreckt und dem Festwalzverfahren vor Einbau des Grundkörpers 96 in die Pumpe 90 unterzogen wurde. Die Fluidkontaktflächen 122 bis 124 sind in 3 ebenfalls durch Verwendung einer dickeren Strichstärke hervorgehoben.
Durch abschnittsweises Festwalzen des Grundkörpers 96 zum Einbringen von Druckeigenspannungen kann diesem eine hohe Robustheit und lange Lebensdauer verliehen werden, wobei das Festwalzverfahren insbesondere auf die Fluidkontaktflächen 122 bis 124 angewendet wird. In diesen Bereichen unterliegt der Grundkörper 96 stark schwankendem Fluiddruck, da die Fluidkontaktflächen 122 bis 124 an Wandungen der Pumpkammer 44 angeordnet sind.
Bei den Pumpen 10 und 90 ist es selbstverständlich denkbar, dass auch weitere fluiddruckbeaufschlagte Bauteile oder Abschnitte davon mit Druckeigenspannungen versehen werden, insbesondere durch Festwalzen. Beispielsweise werden bei der Pumpe 10 in Wandungen der Druckleitung 68 des Abgabekörpers 66 Druckeigenspannungen eingebracht. Bei der Pumpe 10 werden beispielsweise am Grundkörper 96 in Wandungen der Druckleitung 68 Druckeigenspannungen eingebracht.
Denkbar ist auch, dass nicht mit Fluid in Kontakt stehende Abschnitte der Pumpen 10 und 90 oder andersartiger oszillierender Verdrängerpumpen mit Druckeigenspannungen versehen werden, speziell durch Festwalzen, wie dies zum Beispiel an den Abschnitten 53, 103 und 107 erfolgt.
Die dargestellten Pumpenbauweisen und insbesondere Pumpenkopfbauweisen stehen beispielhaft für andere Pumpenbauweisen bzw. Pumpenkopfbauweisen von oszillierenden Verdrängerpumpen.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines fluiddruckbeaufschlagten Bauteils einer Pumpe, wobei das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mindestens eine Fluidkontaktfläche aufweist, die von mit der Pumpe zu förderndem Fluid kontaktiert wird, wobei an zumindest einem Abschnitt der mindestens einen Fluidkontaktfläche durch Kaltumformung Druckeigenspannungen in das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil vor dessen Einbau in die Pumpe eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeigenspannungen durch ein kaltumformendes hydrostatisches Festwalzverfahren eingebracht werden, dem das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fluidkontaktfläche an einem in sich zusammenhängenden Abschnitt mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil eine Außenkontur aufweist und eine Innenkontur, die einen vom Bauteil definierten Fluidraum begrenzt, und dass mindestens eine Fluidkontaktfläche an der Innenkontur angeordnet ist und mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte oder im Wesentlichen gesamte Innenkontur mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil mindestens eine Durchtrittsöffnung für Fluid in den Fluidraum hinein oder aus diesem heraus aufweist und dass mindestens eine Fluidkontaktfläche an einem Rand der Durchtrittsöffnung an der Außenkontur angeordnet ist und mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil eine Hülse bearbeitet wird, die an einem Innenumfang eine Fluidkontaktfläche aufweist, die mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil einen Durchgangskanal für Fluid aufweist mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung, dass eine Wandung des Durchgangskanals eine Fluidkontaktfläche ausbildet, die mit Druckeigenspannungen versehen wird, und dass das Bauteil an einem Rand der Eintrittsöffnung und/oder der Austrittsöffnung einen Ventilsitz ausbildet, an dem das Bauteil mit Druckeigenspannungen versehen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil in einer Werkzeugaufspannung formgebend bearbeitet wird und die Druckeigenspannungen anschließend in derselben Werkzeugaufspannung eingebracht werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Festwalzverfahren ein rotierender Festwalzkörper mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10 mm verwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Festwalzverfahren ein Festwalzdruck von ungefähr 15 MPa (150 bar) bis ungefähr 50 MPa (500 bar) auf das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festwalzdruck von ungefähr 20 MPa (200 bar) bis ungefähr 40 MPa (400 bar) auf das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festwalzdruck von ungefähr 30 MPa (300 bar) auf das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Festwalzverfahren ein Festwalzdruck ausgeübt wird, der an einem Rand des dem Festwalzverfahren unterzogenen Abschnitts, welcher an einen nicht dem Festwalzverfahren unterzogenen Abschnitt des Bauteils angrenzt, geringer ist als im Abstand zum Rand.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil hochfester Edelstahl verwendet wird, vorzugsweise mit einer 0,2%-Dehngrenze von ca. 450 N/mm² bis ca. 1500 N/mm².
Fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil einer Pumpe, bearbeitet nach einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen einer Pumpe, umfassend den Schritt des Bereitstellens mindestens eines nach einem der Ansprüche 1 bis 14 bearbeiteten fluiddruckbeaufschlagten Bauteils und den Schritt des Einbauens desselben in die Pumpe.
Pumpe, hergestellt nach Anspruch 16.
Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10; 90) eine Saugleitung (58) aufweist, eine Pumpkammer (44), einen Verdrängungskörper (28) und eine Druckleitung (68), wobei die Saugleitung (58) über mindestens ein Saugventil (84) in die Pumpkammer (44) mündet, in der Fluid mit dem Verdrängungskörper (28) unter Druck gesetzt wird, wobei die Pumpkammer (44) über mindestens ein Druckventil (82) in die Druckleitung (68) mündet, und dass das mindestens eine fluiddruckbeaufschlagte Bauteil (34, 36, 64; 92, 94, 96) mit einer Fluidkontaktfläche (51, 52, 88; 104, 105, 122, 123, 124), in die Druckeigenspannungen eingebracht sind, eine Wandung der Pumpkammer (44) oder einen Abschnitt einer Wandung der Pumpkammer (44) ausbildet.
Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil (34, 36; 92, 94) eine die Pumpkammer (44) zumindest teilweise bildende Hülse (34, 36; 92, 946) ausbildet.
Pumpe nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil (64; 96) die Saugleitung (58) und/oder die Druckleitung (68) zumindest abschnittsweise umfasst oder ausbildet.
Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil (96) einen Pumpenkopf (14) der Pumpe (90) oder einen Teil desselben ausbildet, der die Saugleitung (58) und die Druckleitung (68) umfasst.
Pumpe nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluiddruckbeaufschlagtes Bauteil (64) einen Ventilsitz (86) für das mindestens eine Saugventil (84) und/oder einen Ventilsitz (80) für das mindestens eine Druckventil (82) ausbildet.
Pumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddruckbeaufschlagte Bauteil (64) am Ventilsitz (80) für das Druckventil (82) und/oder am Ventilsitz (86) für das Saugventil (84) unter Kaltverformung eingebrachte Druckeigenspannungen aufweist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10; 90) eine oszillierende Verdrängerpumpe ist.