DE102013001246A1

DE102013001246A1 - Verfahren zur Herstellung eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe, Flügel für eine Flügelzellenpumpe sowie Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102013001246A1
Application number: DE201310001246
Authority: DE
Inventors: Arno Steiner; Alessandro De Nicolo; Philipp Neunhäuserer; Thomas Oberleiter
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-07-31
Also published as: CN105102161A; US9855604B2; EP2948262A1; JP2016511327A; CN105102161B; WO2014114461A1; BR112015017659A2; EP2948262B1; US20150352638A1; JP6367235B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, bevorzugt offenporigen, net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen. Der Flügel weist hierbei zumindest eine erste Stirnfläche und eine, bevorzugt zu der ersten Stirnfläche parallel orientierte, zweite Stirnfläche sowie eine erste Seitenfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche auf. Des Weiteren weist der Flügel eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche auf. Das Verfahren zur Herstellung des Flügels umfasst wenigstens die folgenden Schritte: • Pressen (20) einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse, • Sintern (21) des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge, • Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens auf eine Temperatur unterhalb der Martensitstarttemperatur zum Härten (22), • Anlassen (23) des Sinterteils, bevorzugt innerhalb des Sinterofens, • Entnahme (24) des Sinterteils als net-shape Flügel, bevorzugt als Entnahme aus dem Sinterofen. Nach der Entnahme des Sinterteils kann optional noch ein Entgraten (25) erfolgen. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Flügel sowie eine Flügelzellenpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe. Des Weiteren wird ein Flügel für eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen. Als weiteres wird eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung einer Flügelzellenpumpe zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wie auch mit einem Flügel für eine Flügelzellenpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, sowie des Weiteren mit einer Flügelzellenpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch den Figuren können mit einem oder mehreren Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Insbesondere können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch eine mehrere andere Merkmale aus der Beschreibung und/oder den Figuren ersetzt werden. Die vorgeschlagenen Ansprüche sind nur als Entwurf zur Formulierung des Gegenstands aufzufassen, ohne diesen aber zu beschränken.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren zur Herstellung eines offenporigen net-shape Flügels. Der Flügel weist hierbei zumindest eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche sowie eine erste Seitenfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche auf. Bevorzugt ist die zweite Stirnfläche parallel zu der ersten Stirnfläche orientiert. Des Weiteren weist der Flügel eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche auf. Das Verfahren zur Herstellung des Flügels umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

• Pressen einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse,
• Sintern des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge,
• Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens auf eine Temperatur unterhalb einer Martensitstarttemperatur des Sinterteils zum Härten des Sinterteils,
• Anlassen des Sinterteils,
• Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel.

Der Begriff des metallischen Sintermaterials bezeichnet ein Material mit vorwiegend metallischem Bindungsanteil, welches gesintert wurde. Das metallische Sintermaterial kann hierbei insbesondere beispielsweise eine Sinterbronze, ein Sintereisen oder einen beliebigen Sinterstahl aufweisen. Der Begriff des metallischen Sintermaterials schließt jedoch nicht aus, dass nicht auch weitere Bestandteile, wie beispielsweise Keramiken, in dem metallischen Sintermaterial zumindest partiell vorhanden sind.
Der Begriff des Flügels bezeichnet ein als Flügel, insbesondere für eine Flügelzellenpumpe, nutzbares Plättchen. Der Begriff des Plättchens schließt hierbei jedoch nicht aus, dass die Form des Flügels von einer flachen, ebenen Ausformung abweicht.
Bevorzugt weist der als Plättchen ausgebildete Flügel hierbei eine von einem Parallelepiped mit sechs Flächen wenigstens abgeleitete Form auf. Hierbei kann von der Form eines Parallelepipeds beispielsweise insofern abgewichen werden, dass zwei gegenüberliegende Flächen des Parallelepipeds nicht parallel zu einander orientiert sind, sondern einen Winkel einschließen. Ebenfalls kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine oder mehre Flächen des Flügels nicht als Ebene ausgebildet sind.
Bevorzugt sind sowohl die erste Seitenfläche als auch die zu dieser parallel orientierte Seitenfläche als ebene Flächen ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Flügel in eine schlitzförmige Führung mit entsprechend geeigneten Abmessungen eingeführt werden kann, und der Flügel sodann in der schlitzförmigen Führung gelagert ist, hierbei aber nur in einer einer oder maximal in zwei Dimensionen des Raumes beweglich ist.
In einer speziellen Ausbildung sind nicht nur die Seitenflächen parallel zueinander orientiert, sondern ist auch die erste Stirnfläche zu der zweiten Stirnfläche in paralleler Orientierung angeordnet.
In bevorzugter Weise sind sowohl die erste Stirnfläche als auch die zweite Stirnfläche als ebene Flächen ausgebildet. Eine Ausbildung der ersten und der zweiten Stirnfläche als ebene Flächen bewirkt den Vorteil, dass eine Dimensionierung der Flügelzellenpumpe derart erfolgen kann, dass die gesamte erste Stirnfläche und die gesamte zweite Stirnfläche an zueinander parallelen Innenflächen einer Flügelzellenpumpe wenigstens beinahe anliegend orientiert sind, so dass eine senkrecht zur Stirnfläche, entlang einer sogenannten Stirnachse erfolgende Bewegung vermieden oder zumindest weitgehend vermieden wird.
Neben den Stirnflächen sowie den Seitenflächen sollen außerdem eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche von dem Flügel umfasst sein. Die erste Konturfläche sowie die zweite Konturfläche zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Konturfläche, beispielsweise für eine Nutzung des Flügels in einer Flügelzellenpumpe, derart ausgebildet sein kann, dass die Konturfläche für ein Vorbeilaufen an einer Innenseite einer Wandung der Flügelzellenpumpe optimiert sein kann. Da der Flügel typischerweise an einer Innenwandung der Flügelzellenpumpe mittels einer Rotationsbewegung eines Rotors der Flügelzellenpumpe vorbeigeführt wird, und die Innenwandung aus Sicht des Flügels eine nach innen gewölbte Fläche darstellt, kann hierbei insbesondere auch eine nach außen gewölbte Konturfläche vorgesehen sein.
Die Konturfläche kann hierbei derart ausgebildet sein, dass zwei gegenüberliegende Kanten der Konturfläche gewölbt sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Konturfläche kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine oder beide Konturflächen eine Ausgestaltung eines gewölbten Rechtecks aufweisen.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche den gleichen Flächeninhalt aufweisen und beide Konturflächen eine gleiche Krümmung aufweisen, wobei die kürzesten Kanten des Flügels gekrümmte Kanten sind.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche parallel zueinander orientiert sind. Hierdurch ergibt sich eine Ausgestaltung, in welcher die erste Konturfläche des Flügels nach Außen gewölbt ist und die zweite Konturfläche des Flügels nach innen gewölbt ist oder umgekehrt.
Es kann ebenfalls möglich sein, dass die erste Konturfläche in Ebenenspiegelung zur zweiten Konturfläche orientiert ist. Bevorzugt ist die erste Konturfläche hierbei an einer Ebene gespiegelt, deren Normalenvektor zu jeder der beiden Seitenflächen als auch zu jeder der beiden Stirnflächen parallel orientiert ist.
Die bevorzugte Ausbildungen aus den Ausgestaltungen, die sich aus dem zuvor Beschriebenen ergeben, ist eine Ausgestaltung des Flügels als Körper, welcher ausgehend von einer quaderförmigen Gestalt die beiden Konturflächen jeweils mit gleichem Krümmungsradius entweder nach außen gewölbt aufweist oder nach innen gewölbt aufweist, wobei eine nach außen orientierte Wölbung beider Konturflächen die bevorzugte Ausgestaltung ist.
Beispielsweise kann möglich sein, dass die erste Konturfläche und/oder die zweite Konturfläche an eine Innenwandlung, beispielsweise einer Flügelzellenpumpe, angepasst ist und dass die erste Konturfläche in Flächenspiegelung zur zweiten Konturfläche orientiert ist. Eine solche Ausgestaltung eines Flügels hat den Vorteil, dass aufgrund der hohen Symmetrie des Flügels bei einem Einsetzen des Flügels in hierfür vorgesehenen Führungen in einem Rotor einer Flügelzellenpumpe Fehler hinsichtlich der Orientierung des Flügels zu der Innenwandung der Flügelzellenpumpe vermieden werden können.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die erste Konturfläche an eine Innenwandlung, beispielsweise einer Flügelzellenpumpe, angepasst ist, während die zweite Konturfläche eine beliebige, beispielsweise im allgemeinen eine ebene Ausgestaltung aufweist.
In einer speziellen Ausgestaltung weist der Flügel eine von einem als Quader ausgebildetem Parallelepiped abgeleitete Ausgestaltung auf. In dieser speziellen Ausgestaltung weist der Flügel 12 Kanten auf, wobei drei verschiedene Kantenlängen jeweils viermal vorhanden sind. Der Quader weist hierbei Kantenlängen von a × b × c, wobei a die kürzeste Kante mit einer Kantenlänge zwischen 1 mm und 2 mm, c die längste Kante mit einer Kantenlänge zwischen 25 mm und 30 mm und b die mittellange Kante mit einer Kantenlänge zwischen 7 und 13 mm ist. Der Flügel ist in dieser speziellen Ausgestaltung dadurch gebildet, dass die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche nach außen gewölbt sind, indem die kürzeste Kante, a, entsprechend gekrümmt ist und die Krümmung für jede der kürzesten Kanten a identisch und jeweils nach außen, das heißt von dem Körper weg, gerichtet ist, so dass bei Aufsicht auf den Körper sich die Krümmung als konkave Krümmung darstellt.
Der Begriff net-shape bezieht sich auf eine dahingehende Ausgestaltung des Flügels, dass nach der Entnahme des Flügels aus dem Ofen, in welchem die letzte Wärmebehandlung vorgenommen wurde, keine spanende Bearbeitung des Flügels zur Ausbildung der Toleranzen des Flügels mehr notwendig ist. Mit dem Begriff der Toleranzen sind hierbei insbesondere die funktionswesentlichen Maß- und Formtoleranzen bezeichnet. Hingegen soll der Begriff net-shape insbesondere nicht ausschließen, dass ein Entgraten des Flügels nach der Entnahme des Sinterteils erfolgt, insbesondere auch, um ein Entfernen überstehender Grate vorzunehmen, die beispielsweise während des Pressens entstanden sein können. In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens erfolgt nach dem Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens das Anlassen des Sinterteils ebenfalls innerhalb des Sinterofens. Die Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel erfolgt in dieser bevorzugten Ausgestaltung nach dem Anlassen des Sinterteils ebenfalls aus dem Sinterofen, wobei gegebenenfalls noch ein Abkühlen des Sinterteils abgewartet werden kann.
Der Begriff der Pulvermischung umfasst beispielsweise eine Mischung aus elementaren Pulvern oder eine Mischung aus Verbindungspulvern, auch als Legierungspulver bezeichenbar, oder eine Mischung aus elementaren und/oder Verbindungspulvern.
Der Begriff des Grünlings bezeichnet in der Abfolge des Verfahrens zur Herstellung des Flügels dasjenige Zwischenprodukt, welches mit dem Pressen erzeugt wird, das aber noch keiner gezielten Wärmebehandlung unterzogen ist und insbesondere auch noch nicht dem Prozess des Sinterns zugeführt worden ist.
Es kann weiterhin vorgesehen, dass das Sintern des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge bei einer während des gesamten Verfahrensschritts des Sinterns konstant gehaltenen Temperatur durchgeführt wird, welche dann die Sintertemperatur ist. Des Weiteren kann aber ebenfalls vorgesehen sein, dass das Sintern bei verschiedenen Temperaturen, welche beispielsweise in sequenzieller diskreter Folge von Sintertemperaturen oder in einem kontinuierlichen Temperaturverlauf oder aber auch einer Kombination aus einem diskreten und/oder kontinuierlichen Temperaturverlauf erfolgt. Ebenfalls kann aber auch eine Abfolge von mehreren Zeiträumen des Sinterns des Sinterteils vorgesehen sein, die von anderen Zeiträumen bei geringeren, noch nicht für ein Sintern des Sinterteils ausreichenden, Temperaturen unterbrochen wird.
Das Sintern des Grünlings innerhalb des Sinterofen zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge kann beispielsweise erfolgen, indem eine unmittelbar vor dem Abschrecken des Sinterteils zum Sintern innerhalb des Sinterofen vorgesehene Temperatur in einem stationären Phasendiagramm in einem austenitischem Bereich liegt bei derjenigen Elementzusammensetzung, welche der Elementzusammensetzung der Pulvermischung entspricht, die für die Herstellung des Presslings verwendet wurde.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass diese unmittelbar vor dem Abschrecken des Sinterteils erreichte Temperatur und/oder eine oder mehrere innerhalb des gleichen austenitischen Bereichs in dem stationären Phasendiagramm bei der Elementzusammensetzung, welche der Elementzusammensetzung der Pulvermischung entspricht, genügend lange gehalten wird, um ein überwiegend austenitisches Gefüge des als Grünling in den Sinterofen eingebrachten Sinterteils zu erreichen. Ein Erreichen eines überwiegend austenitischen Gefüges bezieht sich auf ein Einstellen eines austenitischen Gefüges in wenigstens 50% des Volumens des Sinterteils.
Bevorzugt kann beispielsweise vorgesehen sein, dass unmittelbar vor dem Abschrecken des Sinterteils wenigstens 90% des Volumens des Sinterteils ein austenitisches Gefüge aufweisen.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass unmittelbar vor dem Abschrecken des Teils nahezu 100% des Volumens des Sinterteils ein austenitisches Gefüge aufweisen. In einer derartigen Ausgestaltung des Flügels, bei welcher nahezu 100% des zu sinternden Teils ein austenitisches Gefüge aufweisen, liegt nach dem Abschrecken des Sinterteils nahezu kein Restaustenit vor. Vorteil eines Nichtvorliegens eines Restaustenits ist, dass keine Toleranzschwankungen vorliegen, wodurch eine Ausgestaltung des Flügels als net-shape Flügel ohne weitere Notwendigkeit einer Nachbearbeitung in besonders einfacher Weise erreicht werden kann.
Es kann in einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass eine Entnahme des Flügels als net-shape Flügel erfolgt und das Anlassen des Flügels ohne eine weitere gezielte Wärmebehandlung erfolgt. Stattdessen kann je nach verwendetem Material bereits ausreichend sein, dass bereits bei Umgebungstemperatur das Anlassen des Flügels erfolgt. Dies kann beispielsweise bei Flügeln mit hohem Anteil an Leichtmetall oder Leichtmetalllegierungen der Fall sein.
In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Pressen des Flügels, indem die erste Konturfläche mittels wenigstens eines Unterstempels der Pulverpresse und die zweite Konturfläche mittels wenigstens eines Oberstempels der Pulverpresse unter Druck ausgebildet wird, und die erste Stirnfläche, die zweite Stirnfläche, die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche durch wenigstens eine Matrize der Pulverpresse ausgebildet werden.
In einer Ausbildung des Flügels, in welcher die erste Konturfläche und/oder die zweite Konturfläche diejenige Fläche ist, welche von der kürzesten und der längsten Kante des Flügels begrenzt wird, führt dies zu einer dahingehenden Orientierung des Flügels, dass der durch die Stempel ausgeübte Druck auf die Konturflächen einwirkt und hierbei aufgrund von Spiel zwischen dem Oberstempel und dem Unterstempel sowie der Matrizen Pressgrate an den Kanten entstehen. Diese Pressgrate können nach dem Sintern des Flügels durch einen weiteren Verfahrensschritt des Entgratens entfernt werden. Vorteil eines solchen Entgratens ist insbesondere ein Abrunden der Kanten.
In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Pressen des Flügels erfolgt, indem wenigstens die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche mittels einer Matrize der Pulverpresse ausgebildet werden. In dieser Ausbildung des Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass eine oder mehrere der ersten Seitenfläche, der zweiten Seitenfläche, der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche mittels eines Unterstempels und eines Oberstempels der Pulverpresse unter Druck ausgebildet werden.
In einer Ausgestaltung des net-shape Flügels, in welcher die erste Konturfläche und/oder die zweite Konturfläche diejenige Fläche ist, welche von der kürzesten und der längsten Kante des Flügels begrenzt werden, führt dies zu einer dahingehenden Orientierung des Flügels, dass der durch die Stempel ausgeübte Druck vornehmlich auf die Stirnflächen einwirkt. Eine Ausbildung der Konturflächen erfolgt hierbei durch die Matrizen. Hierdurch ist es möglich, dass eine nahezu beliebig komplexe Ausgestaltung einer oder beider Konturflächen vorgesehen sein kann. Des Weiteren ist aufgrund des dann nicht vorliegenden Spiels ein Entgraten nicht zwingend notwendig.
Weiterhin ist eine Ausbildung des Verfahrens vorgesehen, in dessen Rahmen das Sintern innerhalb eines Temperaturbereichs von 1050°C bis 1300°C erfolgt.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass während der vollständigen Zeitdauer des Sinterns eine stationäre Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs von 1050°C bis 1300°C vorliegt. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass während des vollständigen Zeitdauer des Sintern ein Temperaturverlauf vorliegt, welcher innerhalb des Temperaturpreis von 1050°C bis 1300°C erfolgt. Ebenso kann jedoch vorgesehen sein, dass nur abschnittsweise während der Zeitdauer des Sintern eine stationäre Temperatur und/oder ein Temperaturverlauf vorliegt, welcher zwischen 1050°C und 1300°C liegt, und dass vor und/oder nach und/oder während des Sintern zumindest teilweise auch niedrigere und/oder auch höhere Temperaturen erreicht werden. Bei einer gezielten Veränderung der Temperatur kann diese in kontinuierlicher oder in diskreter Weise eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Sintern innerhalb eines Temperaturbereichs von 1100°C bis 1150°C. Ein Sintern in diesem Temperaturbereich kann insbesondere für solche Legierungen vorgesehen sein, in welchen Mo als Legierungselement mit der nach Fe und C höchsten oder zweithöchsten Konzentration vorliegt, wenn die Konzentration als Anteil in Gew.-% betrachtet wird.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Sintern innerhalb eines Temperaturbereichs von 1250°C bis 1300°C. Ein Sintern in diesem Temperaturbereich kann insbesondere für solche Legierungen vorgesehen sein, in welchen Cr als Legierungselement mit der nach Fe und C höchsten oder zweithöchsten Konzentration vorliegt, wenn die Konzentration als Anteil in Gew.-% betrachtet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abschrecken auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 100°C bis 300°C erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abschrecken mittels einer direkten Luftanblasung erfolgt. Vorteil eines Abschreckens mittels einer direkten Luftanblasung ist, dass eine besonders einfache Ausgestaltung eines Abschreckens erfolgen kann. Insbesondere ist ein weiterer Vorteil eines Abschreckens mittels Luftanblasung, dass ein Abschrecken innerhalb des Sinterofens durchgeführt werden kann.
Das Abschrecken des Sinterteils auf eine Temperatur unterhalb einer Martensitstarttemperatur des Sinterteils erfolgt hierbei zum Härten des Sinterteils. Die Martensitstarttemperatur liegt hierbei für viele der beschriebenen Pulvermischungen etwa in einem Bereich zwischen 300°C und 400°C.
Bevorzugt soll das Abschrecken mit einer Abkühlrate innerhalb eines Bereichs von 0,85°C/Sekunde und 5,0°C/Sekunde erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung soll das Abschrecken mit einer Abkühlrate innerhalb eines Bereichs von 0,85°C/Sekunde und 2,0°C/Sekunde erfolgen.
Als weitere Möglichkeiten eines Abschreckens kann beispielsweise ein Abschrecken in Wasser und/oder einem Öl vorgesehen sein.
Ebenfalls kann beispielsweise vorgesehen sein, verschiedene Arten des Abschreckens, beispielsweise der direkten Luftanblasung, des Abschreckens in Wasser, und/oder des Abschreckens mit Öl in sequenzieller Folge durchzuführen. Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass eines oder mehrere dieser erwähnten Verfahren beispielsweise auch bei verschiedenen Temperaturen auch wiederkehrend durchgeführt werden.
In einer Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Anlassen des Sinterteils innerhalb eines Temperaturbereichs von 150°C bis 300°C erfolgt.
Eine bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass das Anlassen des Sinterteils innerhalb eines Temperaturbereichs von 180°C bis 240°C erfolgt.
Die tatsächlich für das Anlassen gewählte Temperatur und Zeitdauer, während derer ein Anlassen erfolgt, ist hierbei insbesondere auch von der Materialzusammensetzung abhängig.
In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach der Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel ein Entgraten des net-shape Flügels erfolgt. Eine Entgraten kann hierbei insbesondere in derjenigen Ausgestaltung des Verfahrens notwendig sein, in welcher während des Pressens ein Spiel des Werkzeugs vorliegt. Hierbei kann insbesondere ein Spiel des Werkzeugs in diesen Fällen vorhanden sein, in welchen die erste und/oder die zweite Konturfläche mittels Unterstempel bzw. Oberstempel erzeugt werden.
Das Entgraten kann hierbei beispielsweise durch Bürsten, Feilen, Schleifen, Fräsen, Gleitschleifen, thermisches Entgraten, elektrochemisches Entgraten, Hochdruckwasserstrahlentgraten, Druckfließen, hydroerosives Schleifen und/oder Schneiden erfolgen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst:
Cu 0–5,0 Gew.-%;
Mo 0,2–4,0 Gew.-%;
Ni 0–6,0 Gew.-%;
Cr 0–3,0 Gew.-%;
Si 0–2,0 Gew.-%;
Mn 0–1,0 Gew.-%;
C 0,2–3,0 Gew.-%
sowie als Rest Fe.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
Mo 0,2–4,0 Gew.-%;
Cu 0–5,0 Gew.-%;
Ni 0–6,0 Gew.-%;
C 0,2–2,0 Gew.-%
sowie als Rest Fe.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
Mo 1,2–1,8 Gew.-%;
Cu 1,0–3,0 Gew.-%;
C 0,4–1,0 Gew.-%;
sowie als Rest Fe.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
Cr 0–3,0 Gew.-%;
Ni 0–3,0 Gew.-%;
Si 0–2,0 Gew.-%;
C 0,2–3,0 Gew.-%;
Mo 0,2–2,0 Gew.-%;
sowie als Rest Fe.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
Cr 0,8–1,2 Gew.-%;
Ni 0,5–2,5 Gew.-%;
Si 0,4–0,8 Gew.-%;
C 0,4–1,0 Gew.-%;
Mo 0,4–1,5 Gew.-%;
sowie als Rest Fe.
In einer weiteren Variante des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst:
Cu 1,0–3,0 Gew.-%;
Mo 1,0–2,0 Gew.-%;
C 0,4–0,8 Gew.-%;
0–2,0 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Menge {Ni, Cr, Si, Mn}
sowie als Rest Fe.
Die Zusammensetzung einer Pulvermischung aus Bestandteilen mit einem Rest Fe ist dahingehend zu verstehen, dass abgesehen von geringen Anteilen unvermeidbarer Verunreinigungen und/oder Verbindungsbestandteile keine weiteren Elemente und/oder Verbindungen als die angegebenen in der Pulvermischung vorhanden sind, dass also Fe die zu 100 Gew.-% fehlenden Anteile ausfüllt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass vor dem Pressen der Pulvermischung Presshilfsmittel zugefügt werden. Solche Presshilfsmittel können beispielsweise Gleitmittel, Bindemittel und/oder Plastifizierungsmittel sein. Hierbei handelt es sich um Zugaben zu der Pulvermischung, die beispielsweise das Pressen der Pulvermischung erleichtern, den Ausstoß des Presslings aus dem Pressenwerkzeug vereinfachen und/oder andere vorteilhafte Verhaltensweisen der Pulvermischung während mechanischen und/oder thermischen Einwirkens zur Folge haben. Bei den oben angegeben Zusammensetzungen der Pulvermischungen sind diese Presshilfsmittel nicht mitberücksichtigt. Die bei den genannten Zusammensetzungen der Pulvermischungen aufgeführten quantitativen Werte sind somit ohne Berücksichtigung von gegebenenfalls vorhandenen Presshilfsmitteln genannt, schließen aber nicht aus, dass vor dem Pressen der Pulvermischung zusätzlich zu den genannten Zusammensetzungen noch Presshilfsmittel zugefügt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach dem Pressen und vor dem Sintern als ein weiterer Verfahrensschritt eine thermische Behandlung des Grünlings erfolgt mit dem Ziel, gegebenenfalls vorhandene Presshilfsmittel aus dem Bauteil zu entfernen. Hierbei handelt es sich um einen Vorgang, der auch als Entwachsen bezeichnet werden kann. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Entwachsen des Grünlings innerhalb des gleichen Sinterofens erfolgt, in welchem das Sintern des Grünlings erfolgt. Es kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass das Entwachsen in einem anderen Ofen als dem Sinterofen durchgeführt wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Einstellung des kontinuierlichen und/oder diskreten Temperaturverlaufs zum Entwachsen und/oder des Sintern in einer oder in mehreren Stufen erfolgt.
Als eine Möglichkeit zu einer Vornahme von mehreren oder, bevorzugt allen, der Verfahrensschritte des Entwachsens und/oder des Sinterns und des Abschreckens und des Anlassens in einem gleichen Ofen kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der gesamte Temperaturverlauf in einem Sinterbandofen eingestellt wird.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Verfahrensschritt des Entwachsens und/oder des Sinterns wie auch dem Verfahrensschritt des Abschreckens auch noch der Verfahrensschritt des Anlassens in dem gleichen Ofen wie die vorherigen Verfahrensschritte vorgenommen wird. Auch hierfür ist eine Möglichkeit der Realisierung eine Einstellung der gesamten Folge der Verfahrensschritte zur sequenziellen Durchführung der vorgenannten Verfahrensschritte in einem Sinterbandofen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der gesamte Temperaturverlauf entlang einer Laufrichtung der zu sinternden Bauteile eingestellt wird. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass einzelne Schritte des Temperaturverlaufs positionsunabhängig als Funktion der Zeit eingestellt werden. Auch eine Kombination aus diesen beiden kann vorgesehen sein.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung, der abhängig wie auch unabhängig von dem oben beschriebenen Verfahren angewendet werden kann, betrifft einen Flügel für eine Flügelzellenpumpe.
Der Flügel für eine Flügelzellenpumpe weist zumindest eine erste Stirnfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Stirnfläche, eine erste Seitenfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche sowie eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche auf. Der Flügel besteht hierbei aus einem metallischen Sintermaterial. Die Oberfläche des Flügels ist des Weiteren wenigstens bereichsweise offenporig ist.
Ein wenigstens bereichsweises Vorliegen einer offenporigen Oberfläche des Flügels ist dahingehend zu verstehen, dass wenigstens an einer der sechs Flächen des Flügels, das heißt wenigstens einer von der ersten Stirnfläche, der zweiten Stirnfläche, der ersten Seitenfläche, der zweiten Seitenfläche, der ersten Konturfläche und der zweiten Konturfläche wenigstens bereichsweise offenporig ist. Offenporige Bereiche der Oberfläche sind hierbei dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nicht vollständig geschlossen ist, sondern dass in einem für metallisches Sintermaterial üblichen Maße an der Oberfläche befindliche Poren offen sind.
Insbesondere kann mit dem Begriff der offenporigen Oberfläche beispielsweise eine offenporige Oberfläche gemäß DIN 30910 Teil 3 bezeichnet sein.
Vorteil eines Bereichs mit nicht vollständig geschlossener und dadurch offenporiger Oberfläche ist insbesondere, dass die offenporigen Bereiche der Oberfläche beispielsweise als Schmierfilmreservoir dienen können. Hierdurch kann beispielsweise bei einer Nutzung des Flügels in einer Flügelzellenpumpe ein Transport von Schmieröl mittels der als Schmierfilmreservoir dienenden offenporigen Bereiche erfolgen. Sofern wenigstens auch die Konturfläche, welche für einen Reibkontakt mit einer Innenwandung der Flügelzellenpumpe vorgesehen ist, offenporige Bereiche aufweist, kann der hierdurch vorliegende Schmiermittelkontakt über den Bereich der Innenwandung hinweg zu einer verbesserten Schmierung führen, wodurch insbesondere ein verminderter Verschleiß erreicht werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Flügels sind wenigstens die für den Reibkontakt mit einer Innenwandung der Flügelzellen vorgesehene Flächen sowie beide Stirnflächen jeweils wenigstens bereichsweise offenporig. In einer derartigen Ausgestaltung des Flügels kann ein verbesserter Schmiermitteltransport mittels der offenporigen Bereiche der Oberfläche des Flügels in dem Innenraum der Flügelzellenpumpe erfolgen.
Die Oberfläche des Flügels ist bevorzugt größtenteils offenporig. Unter einer größtenteils offenporigen Ausbildung der Oberfläche des Flügels ist zu verstehen, dass wenigstens 50 Prozent der Oberfläche des Flügels offenporig sind.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Flügels ist die gesamte Oberfläche, das heißt die Oberfläche aller Mantelflächen des Flügels, vollständig offenporig.
In einer Ausgestaltung des Flügels kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Flügels wenigstens bereichsweise frei von Schleifspuren ist. Schleifspuren entstehen beispielsweise durch ein gezieltes Schleifen der Oberfläche im Zuge einer Nachbearbeitung des Flügels zur Anpassung der Toleranzen. Weitere mögliche Gründe für ein Schleifen ist beispielsweise eine Oberflächenbearbeitung zur Einstellung einer entsprechend erwünschten Oberflächeneigenschaft, so dass abhängig von dem gewählten Verfahren des Schleifens und des Schleifmittels beispielsweise eine bestimmte Oberflächenrauheit des Bauteils eingestellt werden kann. Bei einem Vorliegen eines netshape Bauteils, welches ohne weitere Nachbearbeitung bereits die für eine Verwendung des Bauteils erforderlichen Maße aufweist, ist ein solches Schleifen nicht notwendig, sofern die erreichte Oberflächenbeschaffenheit das Bauteil für die Anwendung geeignet sein lässt. Bei dem vorgeschlagenen Flügel in der beschriebenen Ausgestaltung als ohne Schleifspuren ausgebildeter Flügel ergibt sich neben der durch das nicht erforderliche Schleifen sich ergebende Ersparnis von Aufwand und somit Kosten der weitere Vorteil, dass gegebenenfalls offenporige Bereiche des Flügels ihre Eigenschaft der Offenporigkeit nicht durch ein etwaiges notwendiges Schleifen für eine Nachbearbeitung verlieren.
Bevorzugt ist die Oberfläche des Flügels größtenteils frei von Schleifspuren. Der Begriff einer größtenteils von Schleifspuren freien Oberfläche des Flügels ist dahingehend zu verstehen, dass wenigstens 50% der Oberfläche des Flügels frei von Schleifspuren sind.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Flügels vollständig frei von Schleifspuren ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Flügels kann vorgesehen sein, dass der Flügel ein Gefüge aufweist, welches wenigstens bis zu einer Tiefe von 0,2 mm unterhalb der Oberfläche martensitisch ist. Die Oberfläche des Flügels bezeichnet hierbei die Gesamtheit aller Flächen des Flügels, so dass über den kompletten Mantel des Flügels der Flügel ein martensitisches Gefüge aufweist.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Flügels weisen ein Gefüge auf, das wenigstens bis zu einer Tiefe von 0,5 mm unterhalb der Oberfläche martensitisch ist.
In besonders bevorzugten Ausbildungen des Flügels kann vorgesehen sein, dass der Flügel über sein gesamtes Volumen ein martensitisches Gefüge aufweist, dass der Flügel also vollständig martensitisch ist.
In einer weiteren Ausbildung des Flügels kann vorgesehen sein, dass das martensitische Gefüge des Flügels überwiegend kubisch martensitisch ausgebildet ist. In dieser speziellen Ausbildung des martensitischen Gefüges ergibt sich der Vorteil, dass das kubisch martensitische Gefüges als Spezialfall eines martensitischen Gefüges nur in vergleichsweise geringem Ausmaß innere Verspannungen aufweist. Hieraus ergeben sich Vorteile für die Maßhaltigkeit des Flügels; insbesondere wird die Wahrscheinlichkeit von durch einen Abbau von inneren Spannung sich ergebenden Änderungen der Maßhaltigkeit reduziert.
Besonders bevorzugt kann eine Ausbildung des Flügels vorgesehen sein, in welcher das martensitische Gefüge des Flügels vollständig kubisch martensitisch ausgebildet ist. Insbesondere in einer Ausbildung des martensitischen Gefüges als vollständig kubisch martensitisches Gefüge werden Schwankungen der Toleranzen durch einen Abbau von inneren Spannungen möglichst weitgehend vermieden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Flügels kann vorgesehen sein, dass der Flügel eine Oberflächenhärte mit einem Wert innerhalb eines Härtebereichs von 550 HV0,2 bis 800 HV0,2 aufweist. Insbesondere durch die Ausbildung des martensitischen Gefüges ergibt sich für die Oberflächenhärte ein zwischen diesen Werten liegender Wert, welcher vergleichsweise hoch ist. Vorteil dieser vergleichsweisen hohen Härtewerte ist, dass üblicherweise eine hohe Härte mit einer Reduzierung des Verschleißes im Reibkontakt einher geht. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Austausch der Flügel deutlich weniger häufig notwendig ist. Durch die Kombination der hohen Härte sowie der durch die offenporigen Bereiche des Flügels verbesserte Schmierung infolge einer verbesserten Schmiermittelverteilung kann somit im Optimalfall sogar erreicht werden, dass ein Austausch der Flügel während der gesamten Lebensdauer der Flügelzellenpumpe nicht notwendig wird.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung, der abhängig wie auch unabhängig von dem oben beschriebenen Verfahren und/oder dem oben beschriebenen Flügel angewendet werden kann, betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Steuerring und einem in einem Inneren des Steuerrings zu dem Steuerring exzentrisch gelagerten Rotor. Der Rotor weist hierbei wenigstens eine schlitzförmige Führung auf, wobei die schlitzförmige Führung bevorzugt in radialer Richtung angeordnet ist. Hierbei ist ein offenporiger net-shape Flügel in der schlitzförmigen Führung eingebracht. Der Flügel ist hierbei in der schlitzförmigen Führung beweglich gelagert, so dass der Flügel bei Rotation des Rotors gegen eine Innenwandung des Steuerrings gepresst wird.
In einer Ausgestaltung der Flügelzellenpumpe kann vorgesehen sein, dass in dem Inneren des Steuerrings vorhandenes Schmiermittel mit offenporigen Bereichen der Oberfläche des Flügels in Kontakt gerät, und diese offenporigen Bereiche als Teilsysteme eines Kapillarsystems wirken, das zu einer Verteilung des Schmiermittels innerhalb des Steuerrings beiträgt.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht eine Verwendung eines offenporigen net-shape Flügels in einer Flügelzellenpumpe vor. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine Flügelzellenpumpe in Ausgestaltung einer Schmierölpumpe eines Kraftfahrzeugmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Als spezielle Ausgestaltung einer solchen Schmierölpumpe sowie als weitere Möglichkeiten kann ein offenporiger net-shape Flügel beispielsweise genutzt werden:

– in Motorschmierölpumpen für Verbrennungsmotoren,
– in Schmierpumpen für Elektromotoren,
– in Kühlpumpen für Elektromotoren,
– in Schmierpumpen für Hybridantriebe,
– in Kühlpumpen für Hybridantriebe,
– in Aktuierungspumpen für Wandler-Automatikgetriebe,
– in Schmierpumpen für Wandler-Automatikgetriebe,
– in Kühlpumpen für Wandler-Automatikgetriebe,
– in Aktuierungspumpen für Doppelkupplung-Automatikgetriebe,
– in Schmierpumpen für Doppelkupplung-Automatikgetriebe,
– in Kühlpumpen für Doppelkupplung-Automatikgetriebe,
– in Aktuierungspumpen für Verteilergetriebe,
– in Schmierpumpen für Verteilergetriebe,
– in Kühlpumpen für Verteilergetriebe,
– in Kompressoren für Klimaanlagen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein offenporiger net-shape Flügel beispielsweise allgemein in Pumpen und/oder Kompressoren auch für andere Einsatzzwecke vorgesehen sein kann.
Das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, bevorzugt offenporigen, net-shape Flügel kann ebenso auch zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, bevorzugt offenporigen, net-shape Bauteils vorgesehen sein, wobei beliebige Bauteile mit diesem Verfahren hergestellt werden können. Sämtliche beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens sollen daher auch für eine vollkommen unabhängig von einer Ausgestaltung des Bauteils als Flügel in allgemeiner Weise beansprucht werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den Figuren hervorgehenden Einzelheiten und Merkmale sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmal mit ein oder mehreren Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu neuen Ausgestaltungen verknüpft werden. Insbesondere dienen die nachfolgenden Ausführungen nicht als Beschränkung des jeweiligen Schutzbereiches, sondern erläutern einzelne Merkmale so wie ihr mögliches Zusammenwirken untereinander.
Es zeigen:
1: eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels für eine Flügelzellenpumpe gemäß Stand der Technik;
2: Darstellung einer anderen Ausbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels für eine Flügelzellenpumpe gemäß Stand der Technik;
3: Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels;
4: eine weitere Ausbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe;
5: Flügel für eine Flügelzellenpumpe in einer Stirnseitenansicht;
6: Darstellung eines Verfahrensschritts des Pressens einer anderen Ausgestaltung eines Flügels;
7: eine weitere Ausbildung eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe, Darstellung in einer perspektivischen Ansicht;
8: Darstellung eines Verfahrensschritts des Pressens in einer weiteren Ausgestaltung;
9: eine Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Flügels für eine Flügelzellenpumpe, dargestellt in einer perspektivischen Seitenansicht;
10: Schliffbild des Flügels für eine Flügelzellenpumpe;
11: eine Flügelzellenpumpe zur beispielhaften Darstellung einer möglichen Verwendung des Flügels für eine Flügelzellenpumpe.
1 ist eine beispielhafte Darstellung eines möglichen Verfahrens zur Herstellung eines aus eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe zu entnehmen, wie es gemäß Stand der Technik durchgeführt werden kann. Gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt in einem ersten Schritt ein Stanzen 1 eines Rohlings aus einem Blech. Bei diesem Rohling handelt es sich im Fall eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe um einen Quader. Im Anschluss an das Stanzen des Rohlings erfolgt ein Fräsen 2, welches zur Ausbildung einer Konturfläche an einer, zweien oder auch mehreren Seitenflächen des Rohlings vorgesehen ist. Nach dem Fräsen 2 des Flügels zur Herstellung der endgültigen Form des Flügels erfolgt in einem nächsten Schritt ein Härten 3, wonach ein Anlassen 4 des Flügels erfolgt. Als Resultat liegt nach dem Anlassen 4 und weiterhin einem gegebenenfalls durchgeführten Abkühlen ein Flügel. Aufgrund der fertigungsbedingten Toleranzschwankungen weist der Flügel nach dem Anlassen noch nicht die Toleranzen auf, welche für einen Einsatz des Flügels in einer Flügelzellenpumpe notwendig sind. Stattdessen ist gemäß dem gezeigten nach Stand der Technik üblichen Verfahren üblich, die Fertigung des Flügels dahingehend zu planen, dass nach dem Anlassen 4 des Flügels die Abmessungen des Flügels größer sind als die für die Anwendung benötigten, um eine Nachbearbeitung für ein Erreichen der endgültig für die Verwendung nötigen Toleranzen zu ermöglichen. Für die Nachbearbeitung wird in der Ausgestaltung des der 1 zu entnehmenden, dem Stand der Technik entsprechenden, Verfahrens nach einer Entnahme 5 des Flügels aus dem Ofen, in welchem das Anlassen 4 erfolgte, ein Feinschleifen 6 des Flügels durchgeführt. Um gegebenenfalls noch vorhandene Grate zu entfernen, erfolgt gemäß Stand der Technik im Allgemeinen noch eine Nachbearbeitung der Oberfläche, beispielsweise durch Entgraten 7, wie es in der gezeigten Darstellung der beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Fall ist.
Eine weitere Ausbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flügels ist 2 zu entnehmen. Bei dem in 2 dargestellten Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines als aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels gemäß Stand der Technik. 2 unterscheidet sich von 1 dahingehend, dass nicht ein Rohling aus einem Blech gestanzt wird, sondern dass stattdessen der Flügel aus einem metallischen Sintermaterial hergestellt wird. Hierfür erfolgt in einem ersten Schritt ein Pressen 8, in dessen Anschluss bereits die Geometrie des Flügels vorliegt, wie sie zur Verwendung des Flügels gewünscht ist. Im Anschluss an das Pressen 8 wird der Flügel dann als sogenannter Pressling in einem Sinterofen mittels eines Verfahrensschritt des Sinterns 9 gesintert. Auf das Sintern 9 hin erfolgt eine Entnahme 10 des Flügels aus dem zum Sintern 9 des Flügels genutzten Sinterofen. Im Anschluss erfolgt in einem hierfür vorgesehenen Ofen ein Härten 11 sowie ein dem Härten 11 nachgeschaltetes Anlassen 12. Im Allgemeinen sind die Abmessungen des Flügels auch nach Herstellung durch dieses Verfahren gemäß Stand der Technik zu groß für eine Anwendung in einer Flügelzellenpumpe. Daher sind gemäß Stand der Technik die Verfahrensschritte Feinschleifen 13 sowie Entgraten 14 zwingend notwendig, welche dem Anlassen 12 und einem diesem nachfolgenden Abkühlen nachgeschaltet sind.
3 zeigt eine Ausbildung eines Verfahrens als Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels. Gemäß der in 3 gezeigten Ausgestaltung eines solchen Verfahrens erfolgt in einem ersten Schritt ein Pressen 15 einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Sintern 16 des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge. Unmittelbar an diesen Prozessschritt des Sinterns 16 folgt ein Härten 17, welches innerhalb des Sinterofens durchgeführt wird. Hierzu ist in einem ersten Schritt erforderlich, dass das Sinterteil größtenteils oder bevorzugt vollständig austenitisiert wird. Die Austenitisierung erfolgt durch Erhitzen in einem Temperaturbereich, in welchem die Pulvermischung beziehungsweise das Sinterteil in einem austenitischem Gefüge vorliegt oder in ein solches umwandelt. Bei dem Erhitzen ist vorgesehen, dass wenigstens teilweise während des Sinterns 16 das Sintern 16 und das Austenitisieren im Rahmen des gleichen Prozesses erfolgen, dass also ein Sintern des zu sinternden Bauteils bei einer Temperatur erfolgt, bei welcher sich ein austenitisches Gefüge einstellt oder ein bereits bestehendes austenitisches Gefüge stabil bleibt. Im Anschluss an das Austenitisieren wird das Sinterteil gehärtet, indem das Sinterteil auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur des metallischen Sintermaterials abgeschreckt wird. Hierbei wird eine genügend hohe Abschreckgeschwindigkeit herbeigeführt, um eine martensitische Umwandlung des austenitischen Gefüges zur Folge zu haben. Hierfür kann in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Abschrecken auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 100°C bis 300°C erfolgen, und dieses Abschrecken bevorzugt mittels einer direkten Luftanblasung erfolgen. Nach dem Härten 17 erfolgt ein Anlassen 18, wobei das Anlassen 18 in der in 3 gezeigten Ausgestaltung ebenfalls innerhalb des Sinterofens erfolgt. Das Anlassen 18 erfolgt durch dem Abschrecken nachfolgendes Erhitzen, wobei das Erhitzen auf eine Temperatur erfolgen muss, welche noch keine vollständige oder auch teilweise Phasenumwandlung des Flügels zur Folge hat. In der Folge des Anlassens 18 erfolgt, nach gegebenenfalls zwischengeschaltetem Abkühlen, als letzter Schritt eine Entnahme 19 des Flügels, wobei der Flügel als net-shape Flügel entnommen wird, also unmittelbar nach der Entnahme seine vorgesehenen Toleranzen aufweist. Die Möglichkeit der Entnahme des Flügels als net-shape Flügel, wie sie sich überraschenderweise bei den vorgestellten und beschriebenen Entwicklungen gezeigt hat, ist hierbei eine maßgebliche Neuerung gegenüber dem Stand der Technik.
4 ist eine weitere Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels zu entnehmen. Das in 4 gezeigte Verfahren unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Verfahren insbesondere dahingehend, dass nach einem Pressen 20, einem Sintern 21 sowie einem jeweils noch in dem Sinterofen durchgeführten Härten 22 und Anlassen 23 mit der nachfolgenden Entnahme 24 des Flügels als zusätzlicher Verfahrensschritt noch ein abschließendes Entgraten 25 erfolgt.
5 ist eine Ausgestaltung des Flügels für eine Flügelzellenpumpe zu entnehmen. Der Flügel 26 ist in der gezeigten Darstellung in der Aufsicht auf eine erste Stirnfläche 27 dargestellt. Jeweils in einem Winkel von 90° zu dieser ersten Stirnfläche 27 sowie parallel zueinander liegen an der ersten Stirnfläche 27 eine erste Seitenfläche 30 sowie in zu dieser parallelen Orientierung eine zweite Seitenfläche 31 an. Als vierte sowie fünfte Mantelfläche des Körpers des Flügels 26 weist der Flügel 26 weiterhin eine erste Konturfläche 28 sowie eine zweite Konturfläche 29 auf. Die erste Konturfläche 28 sowie die zweite Konturfläche 29 sind in der gezeigten Ausgestaltung jeweils nach außen hin gewölbt, wobei die Wölbung durch eine Krümmung der Kanten bewirkt wird, welche die erste Stirnfläche 27 und die nicht dargestellte zweite Stirnfläche mit der ersten Konturfläche 28 und der zweiten Konturfläche 29 gemeinsam aufweisen. Der Krümmungsradius dieser Kanten ist hierbei für die erste Konturfläche 28 und die zweite Konturfläche 29 sowie des Weiteren jeweils für die mit beiden Stirnflächen gemeinsamen Kanten der gleiche. Mit einer gezielten Einstellung des Krümmungsradius kann beispielsweise bei einem Einsatz des Flügels 26 in einer Flügelzellenpumpe diejenige der ersten Konturfläche 28 und der zweiten Konturfläche 29, welche für eine Bewegung in Berührung an eine Innenfläche der Flügelzellenpumpe vorgesehen ist, auf eine solche Berührung hin optimiert werden. Eine solche Optimierung kann hierbei beispielsweise dahingehend erfolgen, dass bei einem fliehkraftbedingtem Anpressen der ersten Konturfläche 28 oder der zweiten Konturfläche 29 an die Innenfläche der Flügelzellenpumpe ein möglichst dichtes Abschließen der beiden durch den Flügel getrennten Räume möglich ist. Zur Ausformung des Krümmungsradius der ersten Konturfläche 28 und/oder der zweiten Konturfläche 29 sind unterschiedliche Ausbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels möglich.
Ein Verfahrensschritt des Pressens während des Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels, beispielweise gemäß der in 4 abgebildeten Verfahrensfolge, ist 6 zu entnehmen. Der gezeigte Verfahrensschritt ist hierbei ein Ausführungsbeispiel für den in 4 als Pressen 20 dargestellten Verfahrensschritt. Der Flügel 32 ist stehend in einer Presse eingebracht, so dass die erste Konturfläche 33 in der gezeigten Anordnung gemäß dem gezeigten Werkzeugkonzept von einem Unterstempel 36 gebildet wird, während die zweite Konturfläche 34 von einem Oberstempel 37 gebildet wird. Das Bilden der ersten Konturfläche 33 sowie der zweiten Konturfläche 34 erfolgt hierbei durch einen mittels des Unterstempels 36 und des Oberstempels 37 ausgeübten Druck. Gleichzeitig werden die erste Seitenfläche sowie die zweite Seitenfläche des Flügels gebildet, indem die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche, so wie hier nicht sichtbar auch die erste Stirnfläche sowie die in Aufsicht auf die Bildebene sichtbare zweite Stirnfläche durch die Matrize 35 ausgebildet werden. Als Folge der in 6 gezeigten Orientierung des Flügels sowie der Ausübung von Druck mittels des Unterstempels 36 und des Oberstempels 37 auf die erste Konturfläche 33 und die zweite Konturfläche 34 ergibt sich die Folge, dass in vielen Fällen ein Entgraten notwendig ist. Grund hierfür ist insbesondere, dass das verwendete Werkzeug, also insbesondere Unterstempel 36, Oberstempel 37 und Matrize 35, ein Spiel gegeneinander aufweisen, also eine relative Beweglichkeit der einzelnen Werkzeuge zueinander möglich ist. Ein solches Entgraten ist beispielsweise in der in 4 gezeigten Verfahrensfolge als Entgraten 25 dargestellt.
7 ist eine weitere Ausgestaltung eines Flügels 38 zu entnehmen. Der Flügel 38 ist hierbei ähnlich dem in 6 dargestellten Flügel ausgebildet und hat insbesondere mit dem in der 6 gezeigten Flügel gemein, dass die erste Konturfläche 39 sowie die zweite Konturfläche 40 gemeinsame Kanten mit der ersten Seitenfläche 42 sowie der nicht sichtbaren zweiten Seitenfläche aufweisen, und dass diese Kontaktkanten die längsten Kontaktkanten des Flügels 38 sind. Die kürzesten Kontaktkanten hingegen sind die Kontaktkanten der ersten Konturfläche 39 mit der ersten Stirnfläche 41 sowie der nicht sichtbaren Stirnfläche sowie die Kontaktkanten der zweiten Konturfläche 40 mit der ersten Stirnfläche 41 und der nicht sichtbaren zweiten Stirnfläche. Bei diesem Verhältnis der Toleranzen der Kanten sowie der Orientierung des Flügels zu der oberen Pressrichtung, welche durch den Pfeil 43 dargestellt wird, sowie zur unteren Pressrichtung, welche durch den unteren Pfeil 44 dargestellt wird, ist ein Entgraten, wie es beispielsweise bei der Ausgestaltung des Verfahrens gemäß 4 als Entgraten 25 dargestellt wird, in vielen Fällen notwendig.
In 8 ist eine andere Ausgestaltung eines Verfahrensschritts des Pressens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels 45 gezeigt. Der Flügel 45 ist in der Darstellung der 8 derart orientiert, dass die erste Seitenfläche 48 in der Aufsicht sichtbar ist. In der gezeigten Ausgestaltung wird während des Verfahrensschritts des Pressens die erste Stirnfläche 51 mittels des Oberstempels 50 sowie die zweite Stirnfläche 52 mittels des Unterstempels 49 ausgebildet. In dieser Ausgestaltung des Verfahrensschritts des Pressens als Bestandteil des Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels wird die erste Konturfläche 46 ebenso wie die zweite Konturfläche 47 durch die Matrize 53 gebildet. Die Pressrichtung verläuft hierbei in axialer Richtung entlang der Längsachse, welche parallel zu der durch den Oberstempel 50 sowie den Unterstempel 49 gebildeten Pressrichtung orientiert ist. Die in 8 gezeigte Ausgestaltung des Verfahrensschritts des Pressens bezweckt insbesondere eine unmittelbare Druckauswirkung auf die Längsseite des Flügels 45, wobei die Längsseite die längste Seite des Flügels 45 darstellt und in der gezeigten Ausgestaltung als Kantenflächen zwischen den Seitenflächen 48 sowie der nicht sichtbaren Seitenfläche mit den Konturflächen 46, 47 zu verstehen ist. In einer derartigen Vorgehensweise ist es möglich, auch deutlich komplexere Konturen in die erste Konturfläche 46 und/oder die zweite Konturfläche 47 einzuformen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung des Verfahrensschritts des Pressens ist, dass in vielen Fällen ein Entgraten nicht notwendig ist, so dass in der in 8 gezeigten Ausgestaltung des Verfahrensschritts des Pressens in vielen Fällen ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels ohne ein nach einer Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel erfolgendes Entgraten möglich ist. Der in 8 dargestellte Verfahrensschritt ist beispielsweise als Verfahrensschritt des Pressens gemäß der in 3 gezeigten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Flügels vergleichbar.
In einer anderen Ausgestaltung des Flügels 54 ist in einer perspektivischen Seitenansicht die obere Pressrichtung durch den Pfeil 58 sowie die untere Pressrichtung durch den Pfeil 59 dargestellt. Die obere Pressrichtung zeigt hierbei die Richtung an, in welcher Druck auf die erste Stirnfläche 56 ausgeübt wird, während die untere Pressrichtung die Richtung anzeigt, in welcher Druck auf die nicht dargestellte zweite Stirnfläche ausgeübt wird.
10 ist beispielhaft ein Schliffbild des in 9 gezeigten net-shape Flügels, also nach seiner Entnahme, im Längsschnitt zu entnehmen. Das Gefüge ist martensitisch, wobei das martensitische Gefüge vollständig kubisch ist.
11 ist eine beispielhafte Ausgestaltung einer Flügelzellenpumpe zu entnehmen. Die Flügelzellenpumpe weist einen Rotor 60 auf, welcher innerhalb eines Steuerrings 61 angeordnet ist. Innerhalb des Steuerrings ist in schlitzförmigen Führungen eine Anzahl von sieben Flügeln angeordnet, beispielsweise Flügel 62, welcher in einer schlitzförmigen Führung derart angeordnet ist, dass die erste Stirnfläche 63 in der Papierebene liegt, sowie die erste Konturfläche 64 des Flügels 62 an einer Innenwandung des Steuerrings und somit einer Innenwandung der Flügelzellenpumpe anliegend positioniert ist. Durch die bewegliche Lagerung der Flügel in den schlitzartigen Führungen des Rotors wird bei einer Rotation des Rotors und der hierdurch erfolgenden auf die Flügel wirkenden Fliehkraft eine Dichtung des Raumes zwischen der ersten Konturfläche 64 sowie der Innenwandung der Flügelzellenpumpe bewirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 30910 [0063]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, bevorzugt offenporigen, net-shape Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) für eine Flügelzellenpumpe, wobei der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) zumindest eine erste Stirnfläche (27, 41, 51, 56, 63) und eine, bevorzugt zu der ersten Stirnfläche parallel orientierte, zweite Stirnfläche (52) sowie eine erste Seitenfläche (30, 42, 48, 57) und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche (31) aufweist, sowie des Weiteren der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) eine erste Konturfläche (28, 33, 39, 46, 55) und eine zweite Konturfläche (29, 34, 40, 47) aufweist, und wobei das Verfahren zur Herstellung des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) wenigstens die folgenden Schritte umfasst: • Pressen (8, 15, 20) einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse, • Sintern (9, 16, 21) des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge, • Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens auf eine Temperatur unterhalb einer Martensitstarttemperatur des Sinterteils zum Härten (3, 11, 17, 22) des Sinterteils, • Anlassen (4, 11, 18, 23) des Sinterteils, bevorzugt innerhalb des Sinterofens, • Entnahme (5, 10, 19, 24) des Sinterteils als net-shape Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62), bevorzugt als Entnahme (5, 10, 19, 24) aus dem Sinterofen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen (8, 15, 20) des Flügels erfolgt, indem die erste Konturfläche (28, 33, 39, 46, 55) mittels wenigstens eines Unterstempels (36, 49) der Pulverpresse und die zweite Konturfläche (29, 34, 40, 47) mittels wenigstens eines Oberstempels (37, 50) der Pulverpresse unter Druck ausgebildet wird und die erste Stirnfläche (27, 41, 51, 56, 63), die zweite Stirnfläche (52), die erste Seitenfläche (30, 42, 48, 57) und die zweite Seitenfläche (31) durch wenigstens eine Matrize (35, 53) der Pulverpresse ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen (8, 15, 20) des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) erfolgt, indem wenigstens die erste Konturfläche (28, 33, 39, 46, 55) und die zweite Konturfläche (29, 34, 40, 47) mittels einer Matrize (35, 53) der Pulverpresse ausgebildet werden und weiterhin eine oder mehrere der ersten Seitenfläche (30, 42, 48, 57), der zweiten Seitenfläche (31), der ersten Stirnfläche (27, 41, 51, 56, 63) und der zweiten Stirnfläche (52) mittels eines Unterstempels (36, 49) und eines Oberstempels (37, 50) der Pulverpresse unter Druck ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern (9, 16, 21) innerhalb eines Temperaturbereichs von 1050°C bis 1300°C, bevorzugt von 1100°C bis 1150°C, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 100°C bis 300°C erfolgt, bevorzugt mittels einer direkten Luftanblasung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlassen (4, 11, 18, 23) des Sinterteils innerhalb eines Temperaturbereichs von 150°C bis 300°C, bevorzugt innerhalb eines Temperaturbereichs von 180°C bis 240°C, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entnahme (5, 10, 19, 24) des Sinterteils als net-shape Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) ein Entgraten (7, 14, 25) des net-shape Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst: Cu 0–5,0 Gew.-%; Mo 0,2–4,0 Gew.-%; Ni 0–6,0 Gew.-%; Cr 0–3,0 Gew.-%; Si 0–2,0 Gew.-%; Mn 0–1,0 Gew.-%; C 0,2–3,0 Gew.-% sowie als Rest Fe.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst: Cu 1,0–3,0 Gew.-%; Mo 1,0–2,0 Gew.-%; C 0,4–0,8 Gew.-%; 0–2,0 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Menge {Ni, Cr, Si, Mn} sowie als Rest Fe.
Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) für eine Flügelzellenpumpe, aufweisend zumindest eine erste Stirnfläche (27, 41, 51, 56, 63) und eine zu dieser parallel orientierte zweite Stirnfläche (52), eine erste Seitenfläche (30, 42, 48, 57) und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche (31) sowie eine erste Konturfläche (28, 33, 39, 46, 55) und eine zweite Konturfläche (29, 34, 40, 47), wobei der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) aus einem metallischen Sintermaterial besteht, und wobei eine Oberfläche des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) wenigstens bereichsweise, bevorzugt größtenteils, besonders bevorzugt vollständig, offenporig ist.
Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) wenigstens bereichsweise, bevorzugt größtenteils, besonders bevorzugt vollständig, frei von Schleifspuren ist.
Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) nach Anspruch 10 oder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) ein Gefüge aufweist, welches wenigstens bis zu einer Tiefe von 0,2 mm unterhalb der Oberfläche, bevorzugt bis zu einer Tiefe von 0,5 mm unterhalb der Oberfläche, besonders bevorzugt vollständig, martensitisch ist.
Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das martensitische Gefüge überwiegend, bevorzugt vollständig, kubisch martensitisch ausgebildet ist.
Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) eine Oberflächenhärte mit einem Wert innerhalb eines Härtebereichs von 550 HV0,2 bis 800 HV0,2 aufweist.
Flügelzellenpumpe mit einem Steuerring (61) und einem in einem Inneren des Steuerrings (61) zu dem Steuerring (61) exzentrisch gelagerten Rotor (60), wobei der Rotor (60) wenigstens eine, bevorzugt in radialer Richtung angeordnete, schlitzförmige Führung aufweist, und wobei ein offenporiger net-shape Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14 in der schlitzförmigen Führung eingebracht ist, wobei der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) in der schlitzförmigen Führung beweglich gelagert ist, so dass der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) bei Rotation des Rotors (60) gegen eine Innenwandung des Steuerrings (61) gepresst wird.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Inneren des Steuerrings (61) vorhandenes Schmiermittel mit offenporigen Bereichen der Oberfläche des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) in Kontakt gerät, und diese offenporigen Bereiche als Teilsysteme eines Kapillarsystems wirken, das zu einer Verteilung des Schmiermittels innerhalb des Steuerrings (61) beiträgt.
Verwendung eines offenporigen net-shape Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) in einer Flügelzellenpumpe, bevorzugt einer Flügelzellenpumpe in Ausgestaltung einer Schmierölpumpe eines Kraftfahrzeugmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes.