DE102016105247A1

DE102016105247A1 - Förderelement für eine rotationspumpe

Info

Publication number: DE102016105247A1
Application number: DE102016105247.7A
Authority: DE
Inventors: Klaus Merk
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-09-21
Also published as: CN107435627A; CN107435627B; EP3236006A1; US20170268508A1; US10655469B2

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Förderelement (1) für eine Rotationspumpe (2) vorgeschlagen, das aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, wobei das Förderelement (1) zumindest eine erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) und zumindest eine zweite Oberfläche (7, 8) aufweist, die sich wenigstens bereichsweise in zumindest einer Werkstoffeigenschaft voneinander unterscheiden. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Förderelements (1), eine Rotationspumpe (2) mit zumindest einem erfindungsgemäßen Förderelement (1) und eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Förderelements (1) in einer Rotationspumpe (2) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Förderelement für eine Rotationspumpe, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Förderelements, eine Rotationspumpe mit zumindest einem solchen Förderelement und eine Verwendung zumindest eines solchen Förderelements.
Aus der DE 10 2006 033 337 A1 und der DE 20 2014 106 121 U1 ist jeweils eine Rotationspumpe mit Förderelementen bekannt. Ferner ist bekannt, die Förderelemente aus einem metallischen Werkstoff zu bilden.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Kosten für die Rotationspumpe zu reduzieren. Ferner liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, das Herstellverfahren, insbesondere eines Förderelements der Rotationspumpe, robuster und kostengünstiger zu gestalten. Diese Aufgaben werden durch den Anspruch 1, den Anspruch 12, den Anspruch 16 und den Anspruch 17 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Förderelement für eine Rotationspumpe vorgeschlagen, das aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, wobei das Förderelement zumindest eine erste Oberfläche und zumindest eine zweite Oberfläche aufweist, die sich wenigstens bereichsweise in zumindest einer Werkstoffeigenschaft voneinander unterscheiden. Dadurch kann ein Förderelement aus einem metallischen Werkstoff bereitgestellt werden, das zumindest zwei Oberflächen aufweist, die im Vergleich zueinander an unterschiedliche Beanspruchungen oder Funktionen angepasst sind. Die Oberflächen können gezielt auf ihre Funktion und/oder Beanspruchung ausgelegt oder angepasst werden, wodurch insbesondere eine vorteilhafte Reibpaarung bereitgestellt werden kann. Zur Anpassung oder Auslegung der Oberflächen können zur Herstellung des Förderelements vorteilhafte metallische Werkstoffe und/oder vorteilhafte Verfahrensschritte und/oder eine vorteilhafte Reihenfolge der Verfahrensschritte gewählt werden, durch die die Herstellkosten eingespart und/oder Herstelltoleranzen reduziert werden können. Durch die Verwendung eines solchen Förderelements in einer Rotationspumpe können die Kosten für die Rotationspumpe reduziert werden. Der Unterschied in zumindest einer Werkstoffeigenschaft ist vorzugsweise bewusst und/oder gezielt hergestellt und/oder eingebracht und resultiert insbesondere nicht durch Herstelltoleranzen. Vorzugsweise unterscheiden sich die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche wenigstens bereichsweise zumindest in einer physikalischen Werkstoffeigenschaft voneinander. Das Förderelement ist vorzugsweise einteilig ausgebildet. Unter „einteilig“ soll insbesondere in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch ein Trennen aus einem Rohling oder durch eine Herstellung aus einem Guss. Die Begriffe „erste“ und „zweite“ sollen insbesondere zur Unterscheidung dienen und stellen insbesondere keine Reihenfolge, beispielsweise im Hinblick auf eine Anordnung, einer Größe, einer Belastung, einer Bearbeitung oder der Gleichen dar. Die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche sind vorzugsweise voneinander separate Flächen. Die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche sind vorzugsweise durch zumindest eine Kante und/oder durch zumindest eine dritte Oberfläche voneinander separiert. Vorzugsweise grenzen die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche direkt aneinander, wenn sie durch genau eine Kante voneinander separiert sind. Die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche sind vorzugsweise winklig zueinander orientiert, insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert, wenn sie direkt aneinander angrenzen. Vorzugsweise grenzen die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche nicht direkt aneinander, wenn sie durch mehr als eine Kante und/oder durch zumindest eine dritte Oberfläche voneinander separiert sind. Die zumindest eine erste Oberfläche und die zumindest eine zweite Oberfläche sind vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel und beabstandet zueinander orientiert, wenn sie nicht direkt aneinander angrenzen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgebildet, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
Zur Reduzierung der Herstelltoleranzen wird vorgeschlagen, dass die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sich wenigstens bereichsweise zumindest in einer Härte voneinander unterscheiden. Die zumindest zwei Oberflächen unterscheiden sich in der Härte insbesondere um zumindest 20%, vorteilhaft um zumindest 30% und besonders vorteilhaft um zumindest 40% voneinander. Vorzugsweise beträgt der Härteunterschied maximal 50%. Vorzugsweise ist die härtere Oberfläche der zumindest zwei Oberflächen im Vergleich zu der weicheren Oberfläche der zumindest zwei Oberflächen maximal doppelt so hart. Die Härte ist vorzugsweise als eine Vickershärte, insbesondere nach der Norm DIN EN ISO 6507-1:2006-03, ausgebildet. Die härtere Oberfläche weist vorteilhaft eine Vickershärte von mindestens 600HV10 auf. Die weichere Oberfläche weist vorteilhaft eine Vickershärte von mindestens 300HV10 auf. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt die Härte zumindest einer der Oberflächen, insbesondere nachträglich, d.h. vorzugsweise nach einem vorherigen Härtevorgang, reduziert. Zur Reduzierung der Härte kann ein Verfahrensschritt gewählt werden, der zudem Ungenauigkeiten und/oder Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche reduziert, wodurch kostengünstig die Härte und die Herstelltoleranzen reduziert werden können.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Oberfläche und/oder die zweite Oberfläche durch eine Oberflächenschicht gebildet sind, die härter ist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich, wodurch ein Förderelement bereitgestellt werden kann, das im Innern eine hohe Zähigkeit und an den Oberflächen eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist. Das Förderelement ist vorzugsweise oberflächengehärtet, vorteilhaft nitriert und besonders vorteilhaft gasnitriert.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die die erste Oberfläche bildende Oberflächenschicht wenigstens bereichsweise härter ist als die die zweite Oberfläche bildende Oberflächenschicht, wodurch realisiert werden kann, dass die zweite Oberfläche eine geringere Härte als die erste Oberfläche und eine höhere Härte als der Kernbereich aufweist. Dadurch kann eine Oberfläche mit geringen Herstelltoleranzen bereitgestellt werden, die eine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit aufweist. Vorzugsweise ist die erste Oberfläche als die härtere Oberfläche und die zweite Oberfläche als die weichere Oberfläche ausgebildet.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die die zweite Oberfläche bildende Oberflächenschicht dünner ist als die die erste Oberfläche bildende Oberflächenschicht, wodurch die Herstellung einer Oberfläche mit geringen Herstelltoleranzen und ausreichend hoher Verschleißfestigkeit vereinfacht werden kann. Vorzugsweise ist die die zweite Oberfläche bildende Oberflächenschicht mechanisch zumindest teilweise abgetragen, wodurch in einem Verfahrensschritt die Härte und durch einen Härtevorgang resultierende Ungenauigkeiten der Oberfläche verringert werden können.
Vorzugsweise weist das Förderelement an der zweiten Oberfläche im Vergleich zur ersten Oberfläche eine kleinere Nitrierhärtetiefe (Nht) auf. Die erste Oberfläche weist vorteilhaft eine durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) auf. Vorzugsweise fehlt der zweiten Oberfläche eine durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride). Die durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) an der zweiten Oberfläche ist vorzugsweise abgetragen.
Zur Reduzierung der Herstellkosten ist es weiter vorteilhaft, wenn das Förderelement zumindest eine gewölbte Oberfläche aufweist, deren Wölbung zumindest im Wesentlichen aus einem Ziehvorgang resultiert, wodurch bei der Herstellung des Förderelements auf ein Schleifen, insbesondere ein Radiusschleifen, verzichtet werden kann. Ferner kann dadurch eine Oberfläche bereitgestellt oder erhalten werden, die durch das Ziehen verursachte Fehlstellen, die als Schmiertaschen fungieren können, aufweist, wodurch eine Reibung an der Oberfläche gering gehalten werden kann. Durch den Verzicht des Schleifens, insbesondere des Radiusschleifens, kann verhindert werden, dass durch das Ziehen verursachte taschenförmige Fehlstellen an der Oberfläche entfernt oder reduziert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zweite Oberfläche als eine Gehäusegleitfläche ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, an einer Förderelementlauffläche eines Gehäusebodens der Rotationspumpe oder eines Gehäusedeckels der Rotationspumpe zu gleiten, wodurch eine besonders genaue Gehäusegleitfläche bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise ist die erste Oberfläche als eine Rotorgleitfläche, die dazu vorgesehen ist, an einer Seitengleitfläche eines Rotorschlitzes zu gleiten, oder als eine Stellelementgleitfläche, die dazu vorgesehen ist, an einer Förderelementlauffläche eines Stellelements der Rotationspumpe zu gleiten, ausgebildet.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der metallische Werkstoff ein Vergütungsstahl ist, wodurch ein besonders vorteilhafter Werkstoff für das Förderelement gewählt werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der metallische Werkstoff mit Chrom, Molybdän und Vanadium legiert ist. Der metallische Werkstoff ist vorzugsweise ein mit Chrom, Molybdän und Vanadium legierter Nitrierstahl. Der Nitrierstahl weist vorteilhaft ein Kohlenstoffgehalt zwischen 0,26–0,34 % auf und weist einen Legierungsbestandanteil von Chrom zwischen 2,3–2,7 %, von Molybdän zwischen 0,15–0,25 % und von Vanadium zwischen 0,1–0,2 % auf.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Förderelement als ein Flügel für eine Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, wodurch eine besonders kostengünstige Flügelzellenpumpe bereitgestellt werden kann. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Förderelement als ein Zahnrad für eine Zahnradpumpe, als ein Pendel für eine Pendelschieberpumpe oder der Gleichen ausgebildet ist.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Förderelements für eine Rotationspumpe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines erfindungsgemäßen Förderelements, vorgeschlagen, in dem ein aus einem metallischen Werkstoff gebildeter Förderelementrohling zuerst oberflächengehärtet wird und anschließend die gehärtete Oberflächenschicht wenigstens an einer Oberfläche des Förderelementrohlings zumindest teilweise abgetragen wird. Durch das Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht können durch die Oberflächenhärtung resultierende Ungenauigkeiten an der Oberfläche reduziert werden, wodurch die Herstelltoleranzen verringert und eine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit erhalten werden können. Das so hergestellte Förderelement weist dadurch eine Oberfläche mit geringen Herstelltoleranzen auf, die im Vergleich zu zumindest einer weiteren Oberfläche eine geringere Härte umfasst. Das Förderelement bzw. der Förderelementrohling besteht vorzugsweise aus einem Vergütungsstahl. Vorteilhaft ist das Förderelement bzw. der Förderelementrohling mit Chrom, Molybdän und Vanadium legiert. Das Förderelement bzw. der Förderelementrohling besteht vorzugsweise aus einem mit Chrom, Molybdän und Vanadium legierten Nitrierstahl. Der Nitrierstahl weist vorteilhaft ein Kohlenstoffgehalt zwischen 0,26–0,34 % auf und weist einen Legierungsbestandanteil von Chrom zwischen 2,3–2,7 %, von Molybdän zwischen 0,15–0,25 % und von Vanadium zwischen 0,1–0,2 % auf.
Das Förderelement wird vorteilhaft durch ein Nitrieren, insbesondere Gasnitrieren, oberflächengehärtet. Vorzugsweise wird durch das Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht die Nitrierhärtetiefe (Nht) reduziert. Durch das Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht wird vorteilhaft eine durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) zumindest teilweise abgetragen.
Für das Verfahren ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Förderelementrohling zum Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht, insbesondere nach dem Härtevorgang, geschliffen wird, wodurch die gehärtete Oberflächenschicht kostengünstig abgetragen werden kann. Vorzugsweise wird der Förderelementrohling zum Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht an seinen seine Haupterstreckung definierenden Oberflächen geschliffen, wodurch realisiert werden kann, dass das Förderelement in seiner Haupterstreckung besonders geringe Herstelltoleranzen aufweist. Die Haupterstreckung des montierten Förderelements ist vorzugsweise parallel zu einer Rotationsachse eines Förderrotors der Rotationspumpe orientiert.
Weiter ist für das Verfahren vorteilhaft, wenn auf ein Schleifen, insbesondere ein Radiusschleifen, einer gewölbten Oberfläche des Förderelementrohlings verzichtet wird. Durch den Verzicht des Schleifens, insbesondere des Radiusschleifens, resultiert die Wölbung einer gewölbten Oberfläche zumindest im Wesentlichen durch einen Ziehvorgang, in dem der Förderelementrohling aus einem Werkstoffprofil getrennt wird.
Ferner wird eine Rotationspumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit zumindest einem erfindungsgemäßen Förderelement vorgeschlagen, wodurch die Kosten für die Rotationspumpe reduziert werden können. Die Rotationspumpe ist vorzugsweise als eine Schmierölpumpe eines Kraftfahrzeugmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes ausgebildet.
Außerdem wird eine Verwendung des erfindungsgemäßen Förderelements in einer Rotationspumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine Rotationspumpe mit demontiertem Gehäusedeckel, die mehrere erfindungsgemäße Förderelemente aufweist,
2 eines der erfindungsgemäßen Förderelemente und
3 schematisch einen Verfahrensablauf zur Herstellung des erfindungsgemäßen Förderelements.
Die 1 zeigt eine Rotationspumpe 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Rotationspumpe 2 ist dazu vorgesehen ein Betriebsfluid zu fördern. Das Betriebsfluid ist als ein Schmier- und/oder Kühlmittel ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Betriebsfluid als ein Motorschmieröl ausgebildet. Die Rotationspumpe 2 ist einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Die Rotationspumpe 2 ist als eine Flügelzellenpumpe ausgebildet. Grundsätzlich kann das Betriebsfluid auch als ein Betätigungsmittel ausgebildet sein. Die Rotationspumpe 2 kann grundsätzlich einem Getriebe des Kraftfahrzeugs zugeordnet sein.
Zur Förderung des Betriebsfluids weist die Rotationspumpe 2 einen Förderrotor 9 auf, der in einem Betrieb der Rotationspumpe 2 um eine Rotationsachse 10 rotiert. Der Förderrotor 9 weist eine bezüglich der Rotationsachse 10 zentrale Rotorstruktur 11 und über den Umfang der Rotorstruktur 11 verteilt angeordnete Förderelemente 1 auf. Die Rotorstruktur 11 weist zur verschieblichen Aufnahme der Förderelemente 1 mehrere Rotorschlitze auf. In jedem Rotorschlitz ist jeweils ein Förderelement 1 verschieblich angeordnet.
Um eine Fördermenge an Betriebsfluid während dem Betrieb der Rotationspumpe 2 zu verstellen, weist die Rotationspumpe 2 ein verstellbares Stellelement 12 auf. Das Stellelement 12 umgibt den Förderrotor 9. Das Stellelement 12 weist eine dem Förderrotor 9 zugewandte Förderelementlauffläche 16 auf. Die Förderelemente 1 kontaktieren die Förderelementlauffläche 16 gleitend. Der Förderrotor 9 und das Stellelement 12 sind exzentrisch zueinander angeordnet. Zur Verstellung der Exzentrizität und damit der Fördermenge ist das Stellelement 12 schwenkbar angeordnet. Das Stellelement 12 ist als ein Stellring ausgebildet. Grundsätzlich kann das Stellelement 12 zur Verstellung der Exzentrizität und damit der Fördermenge axial verschiebbar angeordnet sein. Das Stellelement 12 kann grundsätzlich als ein Stellkolben ausgebildet sein.
Zur drehpositionsabhängigen Verschiebung der Förderelemente 1 senkrecht zur Rotationsachse 10 aus dem Rotorschlitz weist die Rotationspumpe 2 ein Stützelement 15 auf, das die Förderelemente 1 direkt kontaktiert. Das Stützelement 15 ist dazu vorgesehen, die Förderelemente 1 gegen die Förderelementlauffläche 16 des Stellrings 16 zu drücken. Das Stützelement 15 ist als ein Stützring ausgebildet.
Die Rotationspumpe 2 weist ferner ein Gehäuse 13 auf. Der Förderrotor 9 und das Stellelement 12 sind innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet. Das Gehäuse 13 weist einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel auf. Aus dem Gehäuseboden ragen einteilig in Richtung des Gehäusedeckels bezüglich der Rotationsachse 10 axial Seitenwände heraus. In der 1 ist der Gehäusedeckel nicht dargestellt, so dass die Funktionskomponenten der Rotationspumpe 2 sichtbar sind. Der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel weisen jeweils eine dem Förderrotor 9 zugewandte Förderelementlauffläche auf. Die Förderelemente 1 kontaktieren die Förderelementlauffläche des Gehäusebodens und die Förderelementlauffläche des Gehäusedeckels gleitend. Der Gehäuseboden, der Gehäusedeckel und das Stellelement 12 schließen innerhalb des Stellelements 12 eine Förderkammer ein, in der während einem Betrieb der Rotationspumpe 2 das Betriebsfluid durch die Förderelemente 1 von einer Saugseite zu einer Druckseite gefördert wird.
Das Gehäuse 13 und das Stellelement 12 schließen außerhalb des Stellelements 12 zumindest eine hydraulische Stellkammer 17 ein. In der zumindest einen Stellkammer 17 ist während dem Betrieb der Rotationspumpe 2 ein hydraulischer Druck aufbaubar, der zur Verstellung der Exzentrizität und damit der Fördermenge auf das Stellelement 12 wirkt. Der Druck in der zumindest einen Stellkammer 17 wirkt in Richtung geringere Exzentrizität und damit in Richtung geringere Fördermenge.
Zur Rückstellung des Stellelements 12 weist die Rotationspumpe 2 ein Federelement 14 auf, das wirkungsmäßig mit dem Stellelement 12 verbunden ist. Das Federelement 14 wirkt dem hydraulischen Druck in der zumindest einen Stellkammer 17 und damit einer auf das Stellelement 12 wirkenden und durch den Druck in der zumindest einem Stellkammer 17 resultierenden Stellkraft entgegen. Das Federelement 14 ist als eine Rückstellfeder oder eine Regelfeder ausgebildet. Es ist als eine Druckfeder ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Federelement 14 als eine Spiralfeder ausgebildet.
Die Förderelemente 1 sind als Flügel ausgebildet. Die Förderelemente 1 sind gänzlich aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Sie sind aus einem Vergütungsstahl gebildet. Der Werkstoff der Förderelemente 1 ist ein mit Chrom, Molybdän und Vanadium legierter Nitrierstahl. Das Förderelement 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Werkstoff 31CrMoV9. Die Förderelemente 1 sind analog zueinander ausgebildet, weswegen im Folgenden lediglich eines der Förderelemente 1 näher beschrieben wird.
Das Förderelement 1 ist in der 2 perspektivisch dargestellt. Das Förderelement 1 weist sechs Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 auf. Jeweils zwei der Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 sind parallel zueinander orientiert. Die zwei parallel zueinander orientierten Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 sind jeweils einander abgewandt. Die zwei parallel zueinander orientierten Oberflächen 3, 4 weisen im Vergleich zu den anderen Oberflächen 5, 6, 7, 8 die größte Fläche auf. Die zwei parallel zueinander orientierten Oberflächen 5, 6 sind als gewölbte Oberflächen ausgebildet. Die zwei Oberflächen 5, 6 sind konvex. Die Wölbung der Oberflächen 5, 6 resultiert im Wesentlichen aus einem Ziehvorgang, in dem das Förderelement 1 aus einem Werkstoffprofil an den Oberflächen 5, 6 getrennt wird. Die zwei parallel zueinander orientierten Oberflächen 7, 8 sind als Stirnflächen ausgebildet. Das Förderelement 1 weist eine Haupterstreckung 19 auf, die in einem in der Rotationspumpe 2 montierten Zustand des Förderelements 1 parallel zur Rotationsachse 10 orientiert ist. Die Haupterstreckung 19 ist die größte Erstreckung des Förderelements 1. Die zwei Oberflächen 7, 8 definieren die Haupterstreckung 19 des Förderelements 1. Ein Abstand zwischen den zwei parallel zueinander orientierten Oberflächen 7, 8 entspricht der Haupterstreckung 19. Die vier Oberflächen 3, 4, 5, 6 bilden zusammen eine Mantelfläche des Förderelements 1. Die Mantelfläche verläuft um eine parallel zur Haupterstreckung 19 orientierte Mittelachse 18 des Förderelements 1. Die zwei Oberflächen 7, 8 bilden eine Grund- bzw. Deckfläche. Die Grund- und Deckfläche sind senkrecht zur Mittelachse 18 orientiert. Die Oberflächen 3, 4, 5, 6 sind jeweils parallel zur Haupterstreckung 19 orientiert. Die Oberflächen 7, 8 sind jeweils senkrecht zur Haupterstreckung 19 orientiert. Das Förderelement 1 ist als ein Quader ausgebildet.
Die Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 sind jeweils als eine Reibfläche oder Gleitfläche ausgebildet. Die zwei Oberflächen 3, 4 sind jeweils als eine Rotorgleitfläche ausgebildet. Sie sind dazu vorgesehen, in einem im Rotorschlitz der Rotorstruktur 11 angeordneten Zustand an einer Seitengleitfläche des Rotorschlitzes zu gleiten. In dem montierten Zustand des Förderelements 1 sind die zwei Oberflächen 3, 4 in Umfangsrichtung der Rotorstruktur 11 gerichtet.
Die Oberfläche 5 ist als eine Stützfläche ausgebildet. Sie kontaktiert in dem montierten Zustand des Förderelements 1 das Stützelement 15. Das Förderelement 1 stützt sich mit der Oberfläche 5 an dem Stützelement 15 ab. In dem montierten Zustand des Förderelements 1 ist die Oberfläche 5 in Radialrichtung der Rotorstruktur 11 gerichtet. Die Oberfläche 5 ist in dem montierten Zustand des Förderelements 1 senkrecht zur Rotationsachse 10 gerichtet. Sie ist der Rotationsachse 10 zugewandt.
Die Oberfläche 6 ist als eine Stellelementgleitfläche ausgebildet. Sie kontaktiert in dem montierten Zustand des Förderelements 1 das Stellelement 12. Die Oberfläche 6 ist dazu vorgesehen, in dem montierten Zustand des Förderelements 1 an der Förderelementlauffläche 16 des Stellelements 12 zu gleiten. In dem montierten Zustand des Förderelements 1 ist die Oberfläche 6 in Radialrichtung der Rotorstruktur 11 gerichtet. Die Oberfläche 6 ist in dem montierten Zustand des Förderelements 1 senkrecht zur Rotationsachse 10 gerichtet. Sie ist der Rotationsachse 10 abgewandt.
Die zwei Oberflächen 7, 8 sind jeweils als eine Gehäusegleitfläche ausgebildet. Die Oberfläche 7 kontaktiert in dem montierten Zustand des Förderelements 1 den Gehäusedeckel. Sie ist dazu vorgesehen, in dem montierten Zustand des Förderelements 1 an der Förderelementlauffläche des Gehäusedeckels zu gleiten. In dem montierten Zustand des Förderelements 1 ist die Oberfläche 7 in Axialrichtung der Rotorstruktur 11 gerichtet. Die Oberfläche 7 ist in dem montierten Zustand des Förderelements 1 parallel zur Rotationsachse 10 gerichtet. Sie ist dem Gehäusedeckel zugewandt.
Die Oberfläche 8 kontaktiert in dem montierten Zustand des Förderelements 1 den Gehäuseboden. Sie ist dazu vorgesehen, in dem montierten Zustand des Förderelements 1 an der Förderelementlauffläche des Gehäusebodens zu gleiten. In dem montierten Zustand des Förderelements 1 ist die Oberfläche 8 in Axialrichtung der Rotorstruktur 11 gerichtet. Die Oberfläche 8 ist in dem montierten Zustand des Förderelements 1 parallel zur Rotationsachse 10 gerichtet. Sie ist dem Gehäuseboden zugewandt.
Das Förderelement 1 ist oberflächengehärtet. Das Förderelement 1 ist an den Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 härter als im Kern. Die Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 sind jeweils durch eine Oberflächenschicht gebildet, die härter ist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich des Förderelements 1. Das Förderelement 1 ist nitriert. Es ist gasnitriert. Die Oberflächen 3, 4, 5, 6 unterscheiden sich von den Oberflächen 7, 8 in einer physikalischen Werkstoffeigenschaft. Die physikalische Werkstoffeigenschaft, durch die sich die Oberflächen 3, 4, 5, 6 von den Oberflächen 7, 8 unterscheiden, ist als eine Härte, insbesondere eine Vickershärte, ausgebildet. Die Oberflächen 3, 4, 5, 6 sind härter als die Oberflächen 7, 8. Die Mantelfläche des Förderelements 1 ist härter als die Grund- bzw. Deckfläche des Förderelements 1. Die Oberflächen 3, 4, 5, 6 weisen eine Vickershärte HV10 von größer als 600 auf. Die Oberflächen 7, 8 weisen eine Vickershärte HV10 von größer als 300 auf. Die Vickershärte HV10 der Oberflächen 7, 8 ist kleiner als 600, insbesondere kleiner als 500.
Die die Oberfläche 3, 4, 5, 6 bildende Oberflächenschicht ist härter als die die Oberflächen 7, 8 bildende Oberflächenschicht. Die die Oberflächen 7, 8 bildende Oberflächenschicht ist teilweise abgetragen. Die die Oberflächen 7, 8 bildende Oberflächenschicht ist dünner als die die Oberflächen 3, 4, 5, 6 bildende Oberflächenschicht.
Die Nitrierhärtetiefe (Nht) an den Oberflächen 7, 8 ist jeweils kleiner als die Nitrierhärtetiefe (Nht) an den Oberflächen 3, 4, 5, 6. Die Oberflächen 3, 4, 5, 6 weisen jeweils eine durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) auf. Den Oberflächen 7, 8 fehlt eine solche durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride). Die durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) an den Oberflächen 7, 8 ist mechanisch abgetragen.
In der 3 ist schematisch ein Verfahrensablauf zur Herstellung des Förderelements 1 dargestellt. Das Verfahren zur Herstellung des Förderelements 1 umfasst wenigstens drei Verfahrensschritte 20, 26, 27. Vorteilhaft weist das Verfahren mindestens einen weiteren Verfahrensschritt 21, 22, 23, 24, 25 auf. Der mindestens eine Verfahrensschritt 21, 22, 23, 24, 25 erfolgt nach dem Verfahrensschritt 20 und vor den Verfahrensschritten 26, 27. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zur Herstellung des Förderelements 1 mehrere Verfahrensschritte 21, 22, 23, 24, 25 zwischen den Verfahrensschritten 20, 26, 27 auf. Es weist mindestens fünf Verfahrensschritte 21, 22, 23, 24, 25 zwischen den Verfahrensschritten 20, 26, 27 auf.
In dem Verfahrensschritt 20 wird durch einen Trennvorgang ein Förderelementrohling an den Oberflächen 7, 8 aus einem metallischen Werkstoffprofil getrennt. Der Trennvorgang in dem Verfahrensschritt 20 ist als ein adiabatisches Trennen ausgebildet. Nach dem Verfahrensschritt 20 erfolgt in dem Verfahrensschritt 21 ein Gleitschleifen des Förderelementrohlings. Nach dem Verfahrensschritt 21 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 22 vergütet. Nach dem Verfahrensschritt 22 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 23 an den Oberflächen 3, 4 geschliffen. Nach dem Verfahrensschritt 23 erfolgen in dem Verfahrensschritt 24 ein Gleitschleifen und eine Entmagnetisierung des Förderelementrohlings. Nach dem Verfahrensschritt 24 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 25 gewaschen.
Nach dem Verfahrensschritt 25 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 26 oberflächengehärtet, wodurch an den Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 eine gehärtete Oberflächenschicht entsteht. Unterhalb der gehärteten Oberflächenschicht weist der Förderelementrohling einen im Vergleich zur Oberflächenschicht weicheren Kernbereich auf. In dem Verfahrensschritt 26 erfolgt zur Oberflächenhärtung ein Gasnitrieren bzw. Gasnitridieren des Förderelementrohlings.
Nach dem Verfahrensschritt 26 wird in dem Verfahrensschritt 27 die gehärtete Oberflächenschicht lediglich an den zwei Oberflächen 7, 8 mechanisch teilweise abgetragen. In dem Verfahrensschritt 27 wird der gehärtete Förderelementrohling zum Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht an den Oberflächen 7, 8 geschliffen. Der gehärtete Förderelementrohling wird in dem Verfahrensschritt 27 an seinen seine Haupterstreckung 19 definierenden Oberflächen 7, 8 geschliffen, wodurch die gehärtete Oberflächenschicht an den Oberflächen 7, 8 teilweise abgetragen wird. In dem Verfahrensschritt 27 wird durch das Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht die Nitrierhärtetiefe (Nht) an den Oberflächen 7, 8 reduziert. Durch das Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht wird in dem Verfahrensschritt 27 eine durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) an den Oberflächen 7, 8 mechanisch abgetragen.
Nach dem Verfahrensschritt 27 ist das Förderelement 1 grundsätzlich einsatzbereit. Auf ein Schleifen, insbesondere Radiusschleifen, der gewölbten Oberflächen 5, 6 des Förderelementrohlings wird verzichtet. Grundsätzlich kann nach dem Verfahrensschritt 27 zumindest ein weiterer Verfahrensschritt folgen, wie beispielsweise ein Vermessen.
Bezugszeichenliste

1: Förderelement
2: Rotationspumpe
3: Oberfläche
4: Oberfläche
5: Oberfläche
6: Oberfläche
7: Oberfläche
8: Oberfläche
9: Förderrotor
10: Rotationsachse
11: Rotorstruktur
12: Stellelement
13: Gehäuse
14: Federelement
15: Stützelement
16: Förderelementlauffläche
17: Stellkammer
18: Mittelachse
19: Haupterstreckung
20: Verfahrensschritt
21: Verfahrensschritt
22: Verfahrensschritt
23: Verfahrensschritt
24: Verfahrensschritt
25: Verfahrensschritt
26: Verfahrensschritt
27: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006033337 A1 [0002]
DE 202014106121 U1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN ISO 6507-1:2006-03 [0005]

Claims

Förderelement für eine Rotationspumpe (2), das aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, wobei das Förderelement (1) zumindest eine erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) und zumindest eine zweite Oberfläche (7, 8) aufweist, die sich wenigstens bereichsweise in zumindest einer Werkstoffeigenschaft voneinander unterscheiden.
Förderelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) und die zweite Oberfläche (7, 8) sich wenigstens bereichsweise zumindest in einer Härte voneinander unterscheiden.
Förderelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) und/oder die zweite Oberfläche (7, 8) durch eine Oberflächenschicht gebildet sind, die härter ist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich.
Förderelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) bildende Oberflächenschicht wenigstens bereichsweise härter ist als die die zweite Oberfläche (7, 8) bildende Oberflächenschicht.
Förderelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Oberfläche (7, 8) bildende Oberflächenschicht dünner ist als die die erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) bildende Oberflächenschicht.
Förderelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Oberfläche (7, 8) bildende Oberflächenschicht zumindest teilweise abgetragen ist.
Förderelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine gewölbte Oberfläche (5, 6), deren Wölbung zumindest im Wesentlichen aus einem Ziehvorgang resultiert.
Förderelement nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (7, 8) als eine Gehäusegleitfläche ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, an einer Förderelementlauffläche eines Gehäusebodens der Rotationspumpe oder eines Gehäusedeckels der Rotationspumpe zu gleiten.
Förderelement nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff ein Vergütungsstahl ist.
Förderelement nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff mit Chrom, Molybdän und Vanadium legiert ist.
Förderelement nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als ein Flügel für eine Flügelzellenpumpe.
Verfahren zur Herstellung eines Förderelements (1) für eine Rotationspumpe (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Förderelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem metallischen Werkstoff gebildeter Förderelementrohling oberflächengehärtet wird und anschließend die gehärtete Oberflächenschicht wenigstens an einer Oberfläche (7, 8) des Förderelementrohlings zumindest teilweise abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderelementrohling zum Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderelementrohling zum Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht an seinen seine Haupterstreckung (19) definierenden Oberflächen (7, 8) geschliffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Schleifen einer gewölbten Oberfläche (5, 6) des Förderelementrohlings verzichtet wird.
Rotationspumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit zumindest einem Förderelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verwendung zumindest eines Förderelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 hergestellten Förderelements (1) in einer Rotationspumpe (2), insbesondere einer Flügelzellenpumpe, eines Kraftfahrzeugs.