DE102016211057A1

DE102016211057A1 - Förderelement für eine Rotationspumpe

Info

Publication number: DE102016211057A1
Application number: DE102016211057.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Merk
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Förderelement für eine Rotationspumpe (2) vorgeschlagen, das aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, wobei das Förderelement (1) zumindest eine Oberfläche (3, 4, 5, 6, 7, 8) aufweist, die durch eine Oberflächenschicht gebildet ist, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich. 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, ein kostengünstiges Förderelement mit hoher Dauerfestigkeit bereitzustellen. Ferner liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, das Herstellverfahren eines Förderelements einer Rotationspumpe robuster und kostengünstiger zu gestalten. Des Weiteren liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Rotationspumpe mit einer hohen Lebensdauer bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch den Anspruch 1, den Anspruch 15, den Anspruch 21 und den Anspruch 22 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 Oberfläche aufweist, die durch eine Oberflächenschicht gebildet ist, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich. Dadurch kann ein Förderelement bereitgestellt werden, das aufgrund der Oberflächenschicht eine hohe Verschleißfestigkeit und aufgrund des Kernbereichs eine hohe Zähigkeit aufweist, wodurch ein kostengünstiges Förderelement mit hoher Dauerfestigkeit bzw. Lebensdauer bereitgestellt werden kann. Das Förderelement ist vorzugsweise lediglich an seiner Oberfläche verdichtet und/oder gehärtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen. Das Förderelement ist vorzugsweise oberflächengehärtet, vorteilhaft nitriert und besonders vorteilhaft gasnitriert. Alternativ ist das Förderelement oberflächenverdichtet, vorteilhaft oberflächenverformt oder oberflächenverpresst. Beispielsweise kann eine Oberflächenverdichtung durch Nachverdichten eines pulvermetallurgischen Förderelements, indem beispielsweise ein Verformen der Oberfläche erfolgt, erfolgen. In einer weiteren Alternative ist das Förderelement durch Verdichtungsstrahlen (Shot-Peening), insbesondere durch Kugelstrahlen, behandelt. Vorzugsweise werden durch das Verdichtungsstrahlen in die Oberfläche des Förderelements Druckeigenspannungen eingebracht bzw. induziert. 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 oder einem Metallpulver.
Um Kosten zu reduzieren wird weiter vorgeschlagen, dass das Förderelement zumindest eine Oberfläche aufweist, die gezogen ausgeführt ist, wodurch auf zumindest einen Bearbeitungsschritt, insbesondere einen formgebenden Bearbeitungsschritt, nach einem Ziehvorgang verzichtet werden kann. Vorzugsweise wird bei der Herstellung des Förderelements auf ein Schleifen, insbesondere ein formgebendes Schleifen, einer durch den Ziehvorgang resultierenden Oberfläche verzichtet, wodurch diese Oberfläche gezogen ausgeführt ist bzw. bleibt. Die gezogen ausgeführte Oberfläche ist vorteilhaft zumindest im Wesentlichen so ausgeführt, insbesondere in ihrer Form und/oder ihren Ausmaßen, wie sie aus dem Ziehvorgang resultiert. Grundsätzlich ist aber eine Bearbeitung, insbesondere ein Gleitschleifen, der gezogen ausgeführten Oberfläche denkbar, wobei dadurch die gezogene Ausführung der Oberfläche zumindest nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Es ist grundsätzlich denkbar, die gezogen ausgeführte Oberfläche zumindest in einem Bearbeitungsschritt nach dem Ziehvorgang zu bearbeiten, in dem die aus dem Ziehvorgang resultierende Form und/oder die aus dem Ziehvorgang resultierenden Ausmaße der gezogen ausgeführten Oberfläche zumindest nicht wesentlich verändert werden. Durch die gezogen ausgeführte Oberfläche kann vorzugsweise eine Oberfläche bereitgestellt oder erhalten werden, die durch den Ziehvorgang verursachte Fehlstellen, die als Schmiertaschen fungieren können, aufweist, wodurch eine Reibung an der Oberfläche gering gehalten werden kann. Durch den Verzicht des Bearbeitens, insbesondere Schleifens, der gezogen ausgeführten Oberfläche kann vorteilhaft verhindert werden, dass durch den Ziehvorgang verursachte taschenförmige Fehlstellen an dieser Oberfläche entfernt oder reduziert werden. Die gezogen ausgeführte Oberfläche ist vorzugsweise als eine Ziehfläche ausgebildet, deren Form und/oder Ausmaße vorteilhaft zumindest im Wesentlichen aus dem Ziehvorgang resultieren. In dem Ziehvorgang wird vorzugsweise ein Förderelementrohling durch eine Ziehmatrize, insbesondere eine formgebende Ziehmatrize, oder die Ziehmatrize über den Förderelementrohling gezogen. Vorzugsweise resultiert die gezogen ausgeführte Oberfläche, insbesondere die Form und/oder die Ausmaße der gezogen ausgeführten Oberfläche, zumindest hauptsächlich aus einer plastischen Um- oder Verformung. Die gezogen ausgeführte Oberfläche ist vorzugsweise durch die Oberflächenschicht gebildet, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich.
Die gezogen ausgeführte Oberfläche ist vorzugsweise gewölbt. Sie weist eine Wölbung auf, die zumindest im Wesentlichen aus dem Ziehvorgang resultiert. Vorzugsweise resultiert ein Radius der gezogen ausgeführten Oberfläche zumindest im Wesentlichen aus dem Ziehvorgang. In dem Herstellverfahren des Förderelements wird auf ein Radiusschleifen verzichtet.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine gezogen ausgeführte Oberfläche als eine Stellelementgleitfläche ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, an einer Förderelementlauffläche eines Stellelements der Rotationspumpe zu gleiten, oder als eine Stützfläche ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, an einem zum Andrücken des Förderelements gegen das Stellelement der Rotationspumpe vorgesehenen Stützelement der Rotationspumpe zu gleiten, wodurch eine besonders vorteilhafte Stellelementgleitfläche und/oder eine besonders vorteilhafte Stützfläche bereitgestellt werden können. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgebildet, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn 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.
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. Das Förderelement ist vorzugsweise als ein Quader ausgebildet. Die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ 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.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sich wenigstens bereichsweise zumindest in ihrer Härte und/oder in ihrer Dichte und/oder in ihrer Druckeigenspannung voneinander unterscheiden. Dadurch können Herstelltoleranzen reduziert werden. Die zwei Oberflächen unterscheiden sich in der Härte oder der Dichte oder der Druckeigenspannung insbesondere um zumindest 20%, vorteilhaft um zumindest 30% und besonders vorteilhaft um zumindest 40% voneinander. Vorzugsweise beträgt der Härteunterschied oder der Dichteunterschied oder der Druckeigenspannungsunterschied maximal 50%.
Bevorzugst unterscheiden sich die zumindest zwei Oberflächen in der Härte voneinander. 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 verringert, wodurch kostengünstig die Härte und die Herstelltoleranzen reduziert werden können. Vorzugsweise ist die erste Oberfläche zumindest bereichsweise härter als die zweite Oberfläche. Vorzugsweise ist die erste Oberfläche als die härtere Oberfläche und die zweite Oberfläche als die weichere Oberfläche ausgebildet.
Um zwei Oberflächen, die sich in einer Härte voneinander unterscheiden, bereitzustellen, kann sich das Härteverfahren zum Härten der ersten Oberfläche von dem Härteverfahren zum Härten der zweiten Oberfläche unterscheiden, wie beispielsweise in der Art des Härteverfahrens und/oder durch Parameter des Härteverfahrens. Für pulvermetallurgische Förderelemente kann sich beispielsweise der Pressdruck auf die erste Oberfläche von dem Pressdruck auf die zweite Oberfläche unterscheiden und/oder es kann sich das Aufmass des Förderelementrohlings gegenüber dem Werkzeug, mit dem die erste Oberfläche verformt wird, von dem Aufmass des Förderelementrohlings gegenüber dem Werkzeug, mit dem die zweite Oberfläche verformt wird, unterscheiden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche durch eine Oberflächenschicht gebildet sind, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich, wodurch realisiert werden kann, dass das Förderelement an beiden Oberflächen eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass lediglich eine der zwei Oberflächen durch eine Oberflächenschicht gebildet ist, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die die erste Oberfläche bildende Oberflächenschicht wenigstens bereichsweise härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als die die zweite Oberfläche bildende Oberflächenschicht, wodurch realisiert werden kann, dass die zweite Oberfläche zwar eine geringere Härte und/oder eine geringere Dichte und/oder geringere Druckeigenspannungen als die erste Oberfläche aufweist, aber eine höhere Härte und/oder eine höhere Dichte und/oder höhere Druckeigenspannungen als der Kernbereich aufweist. Ferner kann dadurch eine Oberfläche mit geringen Herstelltoleranzen bereitgestellt werden, die eine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
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 Ungenauigkeiten der Oberfläche, die insbesondere durch einen Härtevorgang resultieren, 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. Vorteilhaft ist es, wenn die erste Oberfläche als die gezogen ausgeführte Oberfläche ausgebildet ist.
Des Weiteren 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 Gehäusegleitfläche mit besonders geringen Herstelltoleranzen bereitgestellt werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der metallische Werkstoff ein Nitrierstahl ist, wodurch ein besonders vorteilhafter Werkstoff für das Förderelement gewählt werden kann. Der metallische Werkstoff ist vorteilhaft ein Vergütungsstahl. 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. Grundsätzlich kann der Nitrierstahl auch einen anderen Kohlenstoffgehalt und/oder andere Legierungsbestandanteile von Chrom, Molybdän und/oder Vanadium aufweisen.
Zur Bereitstellung eines pulvermetallurgischen Förderelements, das zumindest zwei Oberflächen aufweist, die sich in ihrer Härte und/oder Dichte voneinander unterscheiden, wird vorgeschlagen, dass lediglich eine der Oberflächen nachverdichtet ist oder die zumindest zwei Oberflächen in unterschiedlichem Maß nachverdichtet sind. Für ein pulvermetallurgisch hergestelltes Förderelement wird vorgeschlagen, dass lediglich ausgewählte Oberflächen des pulvermetallurgischen Förderelements nachverdichtet sind oder die Oberflächen des pulvermetallurgischen Förderelements in einem unterschiedlichen Maß nachverdichtet sind. Das pulvermetallurgische Förderelement kann somit nachverdichtete Oberflächen und nicht nachverdichtete Oberflächen aufweisen. Die Nachverdichtung kann beispielsweise durch ein Aufmass des Förderelementrohlings gegenüber einem Werkzeug erfolgen, das die zu verdichtende Oberfläche beim Durchdrücken verformt und verdichtet. Ferner kann das Nachverdichten auch durch ein Rollieren erfolgen. Das pulvermetallurgische Förderelement kann dabei gezogen ausgeführte und/oder geschliffene Oberflächen aufweisen.
Zur Bereitstellung eines metallischen Förderelements, das zumindest zwei Oberflächen aufweist, die sich in ihrer Druckeigenspannung voneinander unterscheiden, wird vorgeschlagen, dass lediglich eine der Oberflächen durch Verdichtungsstrahlen behandelt ist oder die zumindest zwei Oberflächen in unterschiedlichem Maß durch Verdichtungsstrahlen behandelt sind. Für ein metallisches Förderelement wird vorgeschlagen, dass lediglich ausgewählte Oberflächen des Förderelements durch Verdichtungsstrahlen behandelt sind oder die Oberflächen des Förderelements in einem unterschiedlichen Maß durch Verdichtungsstrahlen behandelt sind. Das Förderelement kann somit bestrahlte Oberflächen und nicht bestrahlte Oberflächen aufweisen. Um die Oberflächen in einem unterschiedlichen Maß durch Verdichtungsstrahlen zu behandeln, können die Strahlparameter wie Auftreffwinkel, Strahlzeit, Strahldruck, Abwurfgeschwindigkeit des Strahlmittels, Typ des Strahlmittels und/oder der Flächenüberdeckungsgrad unterschiedlich sein. Das Förderelement kann dabei gezogen ausgeführte und/oder geschliffene Oberflächen aufweisen.
Zur Bereitstellung eines besonders vorteilhaften Förderelements, wird ein Förderelement vorgeschlagen, das zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen, zwei gezogen ausgeführte, harte Oberflächen und zwei geschliffen ausgeführte, weiche Oberflächen aufweist. Des Weiteren ist ein Förderelement vorteilhaft, das zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen, zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen, und zwei geschliffen ausgeführte, weiche Oberflächen aufweist. Ferner ist ein Förderelement vorteilhaft, das zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen, zwei gezogen ausgeführte, harte Oberflächen und zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen aufweist. Unter einer „harten Oberfläche“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Oberfläche verstanden werden, die härter ist als der Kernbereich und/oder härter ist als die weiche Oberfläche. Unter einer „weichen Oberfläche“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Oberfläche verstanden werden, die härter ist als oder gleich hart ist wie der Kernbereich und weicher ist als die harte Oberfläche.
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 in einem Härtevorgang lediglich oberflächengehärtet oder oberflächenverdichtet oder oberflächenverfestigt wird, wodurch ein verschleißfestes Förderelement mit einer hohen Zähigkeit hergestellt werden kann. Durch den Härtevorgang weist das Förderelement eine Oberflächenschicht auf, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich. Für das Verfahren wird weiter vorgeschlagen, dass der Förderelementrohling in dem Härtevorgang nitriert, insbesondere gasnitriert, wird. Für pulvermetallurgische Förderelemente wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass der pulvermetallurgische Förderelementrohling in dem Härtevorgang an zumindest einer Oberfläche verformt und dadurch verdichtet wird. Ferner wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass zumindest eine der Oberflächen des Förderelementrohlings in dem Härtevorgang durch Verdichtungsstrahlen behandelt und damit bestrahlt wird.
Um Herstellkosten zu sparen wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass der Förderelementrohling zur Bereitstellung zumindest einer gezogen ausgeführten Oberfläche vor dem Härtevorgang in einem Ziehvorgang, insbesondere plastisch, verformt wird, wobei auf ein nachträgliches Schleifen der gezogen ausgeführten Oberfläche verzichtet wird. Vorzugsweise wird auf ein formgebendes Schleifen der gezogen ausgeführten Oberfläche verzichtet. Der Förderelementrohling wird mit der zumindest einen gezogen ausgeführten Oberfläche, deren Form und/oder Ausmaße, und insbesondere deren Radius, zumindest hauptsächliche aus dem Ziehvorgang resultiert und vorteilhaft durch Bearbeitung zumindest wesentlich nicht verändert wird, als das Förderelement verwendet. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die gezogen ausgeführte Oberfläche gleitgeschliffen und/oder entmagnetisiert wird. Weiter ist für das Verfahren vorteilhaft, wenn auf ein Schleifen, insbesondere ein Radiusschleifen, einer gewölbten Oberfläche des Förderelementrohlings verzichtet wird.
Zur Reduzierung der Herstelltoleranzen wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass die durch den Härtevorgang gehärtete oder verdichtete oder verfestigte Oberflächenschicht wenigstens an einer Oberfläche des Förderelementrohlings mechanisch zumindest teilweise abgetragen wird. Durch das Abtragen der gehärteten oder verdichteten oder verfestigten Oberflächenschicht können durch die Oberflächenhärtung oder Oberflächenverdichtung oder Oberflächenverfestigung resultierende Ungenauigkeiten an der Oberfläche verringert werden, wodurch die Herstelltoleranzen reduziert und eine ausreichend hohe Verschleißfestigkeit erhalten werden können. Das so hergestellte Förderelement weist dadurch vorzugsweise eine Oberfläche mit geringen Herstelltoleranzen auf, die im Vergleich zu zumindest einer weiteren Oberfläche vorzugsweise eine geringere Härte und/oder eine geringere Dichte und/oder eine geringere Druckeigenspannung umfasst. Insbesondere überwiegt der Vorteil der geringen Herstelltoleranzen den Nachteil der geringeren Härte und/oder der geringeren Dichte und/oder der geringeren Druckeigenspannung.
Das Förderelement bzw. der Förderelementrohling wird vorzugsweise aus einem Nitrierstahl hergestellt. Es wird vorteilhaft aus einem Vergütungsstahl hergestellt. Vorteilhaft ist das Förderelement bzw. der Förderelementrohling mit Chrom, Molybdän und Vanadium legiert. Das Förderelement bzw. der Förderelementrohling wird vorzugsweise aus einem mit Chrom, Molybdän und Vanadium legierten Nitrierstahl hergestellt. 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 bzw. der Förderelementrohling kann in einem Sinterverfahren aus einem Metallpulver hergestellt und damit pulvermetallurgisch ausgebildet sein.
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 nach dem Härtevorgang zum Abtragen der gehärteten oder verdichteten oder verfestigten Oberflächenschicht geschliffen wird, wodurch die gehärtete oder verdichtete oder verfestigte Oberflächenschicht kostengünstig abgetragen werden kann. Vorzugsweise wird der Förderelementrohling nach dem Härtevorgang zum Abtragen der gehärteten oder verdichteten oder verfestigten Oberflächenschicht an seinen seine Haupterstreckung definierenden Oberflächen geschliffen, wodurch realisiert werden kann, dass das Förderelement in seiner Haupterstreckung besonders geringe Herstelltoleranzen aufweist. Durch das Schleifen nach dem Härtevorgang der die Haupterstreckung definierenden Oberflächen können zur Reduzierung der Herstelltoleranzen besonders geeignete Oberflächen verwendet werden. Die Haupterstreckung des montierten Förderelements ist vorzugsweise parallel zu einer Rotationsachse eines Förderrotors der Rotationspumpe orientiert.
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 Schmier- und/oder Kühlölpumpe eines Kraftfahrzeugmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes ausgebildet. Grundsätzlich kann die Rotationspumpe auch als eine Betätigungsölpumpe des Kraftfahrzeuggetriebes ausgebildet sein. Ferner kann die Rotationspumpe auch als eine Vakuumpumpe des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, insbesondere um einen Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs mit Unterdruck zu versorgen.
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. Das Betriebsfluid ist als ein Schmieröl, in diesem Ausführungsbeispiel 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, insbesondere als ein Betätigungsöl, 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 jeweils als einteilige Flügel ausgebildet. Die Förderelemente 1 sind gänzlich aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Die Förderelemente 1 sind aus Nitrierstahl 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. Grundsätzlich können die Förderelemente 1 aus einem anderen Nitrierstahl gebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die Förderelemente 1 pulvermetallurgisch ausgebildet sind. 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 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. Das Förderelement 1 kann auch oberflächenverdichtet sein, insbesondere dann wenn das Förderelement 1 pulvermetallurgisch ausgebildet ist. Ferner ist es auch denkbar, dass das Förderelement 1 an zumindest einer der Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 induzierte Druckeigenspannungen aufweist, wodurch die Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 im Vergleich zum Kern höhere Druckeigenspannungen aufweisen.
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.
Die Oberflächen 5, 6 sind gezogen ausgeführt. Die gezogen ausgeführten Oberflächen 5, 6 resultieren zumindest im Wesentlichen aus einem Ziehvorgang, in dem das Förderelement 1 plastisch verformt wird, wodurch die gezogen ausgeführten Oberflächen 5, 6 entstehen. Die Form und die Ausmaße der Oberflächen 5, 6 resultieren zumindest im Wesentlichen aus dem Ziehvorgang. Die Oberflächen 5, 6 weisen jeweils eine Wölbung auf, die zumindest im Wesentlichen aus dem Ziehvorgang resultiert. Ein Radius der Oberflächen 5, 6 entspricht zumindest im Wesentlichen einem Radius der Oberflächen 5, 6, der durch den Ziehvorgang entsteht oder aus dem Ziehvorgang resultiert. Die gezogen ausgeführten Oberflächen 5, 6 bzw. die Form und die Ausmaße, insbesondere die Wölbung, der Oberflächen 5, 6 resultieren nicht durch ein Schleifen.
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, 21, 27. Vorteilhaft weist das Verfahren mindestens einen weiteren Verfahrensschritt 22, 23, 24, 25, 26, 28 auf. Mindestens ein Verfahrensschritt 22, 23, 24, 25, 26 erfolgt nach den Verfahrensschritten 20, 21 und vor den Verfahrensschritt 27. Nach dem Verfahrensschritt 27 kann mindestens ein weiterer Verfahrensschritt 28 erfolgen. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zur Herstellung des Förderelements 1 mehrere Verfahrensschritte 22, 23, 24, 25, 26 zwischen den Verfahrensschritten 20, 21, 27 auf. Es weist mindestens fünf Verfahrensschritte 22, 23, 24, 25, 26 zwischen den Verfahrensschritten 20, 21, 27 auf. Ferner weist das Verfahren in diesem Ausführungsbeispiel zur Herstellung des Förderelements 1 genau einen Verfahrensschritt 28 nach dem Verfahrensschritt 27 auf.
In dem Verfahrensschritt 20 wird ein Förderelementrohling, vorzugsweise ein Strang des Förderelementrohlings, zur Bereitstellung der gezogen ausgeführten Oberfläche 5, 6 in dem Ziehvorgang plastisch verformt. Der Förderelementrohling, vorzugsweise der Strang des Förderelementrohlings, wird durch eine Ziehmatrize oder die Ziehmatrize wird über den Förderelementrohling, vorzugsweise den Strang des Förderelementrohlings, gezogen. In dem Verfahrensschritt 20 werden die Oberflächen 5, 6 gezogen ausgeführt und bleiben nach dem Verfahren in der Form und den Ausmaßen, wie sie durch den Ziehvorgang entstanden sind, zumindest im Wesentlichen erhalten. In dem Verfahren wird auf ein nachträgliches Schleifen, insbesondere ein nachträgliches Radiusschleifen, der gezogen ausgeführten Oberflächen 5, 6 verzichtet. Dadurch sind die Oberflächen 5, 6 gezogen und nicht geschliffen ausgeführt.
Nach dem Verfahrensschritt 20 wird der Förderelementrohling, vorzugsweise der Strang des Förderelementrohlings, in dem Verfahrensschritt 21 in einem Trennvorgang an den Oberflächen 7, 8 getrennt. Der Trennvorgang in dem Verfahrensschritt 21 ist als ein adiabatisches Trennen ausgebildet. Grundsätzlich kann der Förderelementrohling zwischen den Verfahrensschritten 20, 21 in zumindest einem Verfahrensschritt bearbeitet werden.
Nach dem Verfahrensschritt 21 erfolgt in dem Verfahrensschritt 22 ein Gleitschleifen des Förderelementrohlings. Nach dem Verfahrensschritt 22 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 23 vergütet. Nach dem Verfahrensschritt 23 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 24 an den Oberflächen 3, 4 geschliffen. Nach dem Verfahrensschritt 24 erfolgen in dem Verfahrensschritt 25 ein Gleitschleifen und eine Entmagnetisierung des Förderelementrohlings. Nach dem Verfahrensschritt 25 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 26 gewaschen.
Nach dem Verfahrensschritt 26 wird der Förderelementrohling in dem Verfahrensschritt 27 oberflächengehärtet, wodurch an den Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 die gehärtete Oberflächenschicht entsteht. Unterhalb der gehärteten Oberflächenschicht weist der Förderelementrohling einen im Vergleich zur Oberflächenschicht weicheren Kernbereich auf. In dem Verfahrensschritt 27 erfolgt zur Oberflächenhärtung ein Gasnitrieren bzw. Gasnitridieren des Förderelementrohlings.
Nach dem Verfahrensschritt 27 wird in dem Verfahrensschritt 28 die gehärtete Oberflächenschicht lediglich an den zwei Oberflächen 7, 8 mechanisch teilweise abgetragen. In dem Verfahrensschritt 28 wird der gehärtete Förderelementrohling zum Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht an den Oberflächen 7, 8 geschliffen. Der gehärtete Förderelementrohling wird in dem Verfahrensschritt 28 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 28 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 28 eine durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff gebildete Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride) an den Oberflächen 7, 8 mechanisch abgetragen.
Nach dem Verfahrensschritt 28 ist das Förderelement 1 einsatzbereit. Auf ein Schleifen, insbesondere Radiusschleifen, der gewölbten Oberflächen 5, 6 des Förderelementrohlings wird verzichtet. Grundsätzlich kann nach dem Verfahrensschritt 28 zumindest ein weiterer Verfahrensschritt folgen, wie beispielsweise ein Vermessen. Das Förderelement 1 weist zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen 3, 4, zwei gezogen ausgeführte, harte Oberflächen 5, 6, und zwei geschliffen ausgeführte, weiche Oberflächen 7, 8 auf.
Grundsätzlich kann auf den Verfahrensschritt 28 und damit auf das Abtragen der gehärteten Oberflächenschicht verzichtet werden, wodurch die Oberflächen 3, 4, 5, 6, 7, 8 zumindest im Wesentlichen die gleiche Härte aufweisen. Dabei können die Oberflächen 7, 8 vor dem Verfahrensschritt 27 geschliffen werden. Dadurch würde das Förderelement 1 zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen 3, 4, zwei gezogen ausgeführte, harte Oberflächen 5, 6, und zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen 7, 8 aufweisen. Ferner ist es grundsätzlich denkbar, die Oberflächen 5, 6, vorzugsweise vor dem Verfahrensschritt 27, zu schleifen, insbesondere formgebend zu schleifen, und damit geschliffen auszuführen. Dadurch würde das Förderelement 1 zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen 3, 4, zwei geschliffen ausgeführte, harte Oberflächen 5, 6, und zwei geschliffen ausgeführte, weiche Oberflächen 7, 8 aufweisen.
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
28: 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 [0011]

Claims

Förderelement für eine Rotationspumpe (2), das aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, wobei das Förderelement (1) zumindest eine Oberfläche (3, 4, 5, 6, 7, 8) aufweist, die durch eine Oberflächenschicht gebildet ist, die härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich.
Förderelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine Oberfläche (5, 6), die gezogen ausgeführt ist.
Förderelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine gezogen ausgeführte Oberfläche (5, 6) eine Wölbung aufweist, die zumindest im Wesentlichen aus einem Ziehvorgang resultiert.
Förderelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine gezogen ausgeführte Oberfläche (5, 6) als eine Stellelementgleitfläche ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, an einer Förderelementlauffläche (16) eines Stellelements (12) der Rotationspumpe (2) zu gleiten, oder als eine Stützfläche ausgebildet ist, die dazu vorgesehen ist, an einem zum Andrücken des Förderelements (1) gegen ein Stellelement (12) der Rotationspumpe (2) vorgesehenen Stützelement (15) der Rotationspumpe (2) zu gleiten.
Förderelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) und zumindest eine zweite Oberfläche (7, 8), die sich wenigstens bereichsweise in zumindest einer Werkstoffeigenschaft voneinander unterscheiden.
Förderelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) und die zweite Oberfläche (7, 8) sich wenigstens bereichsweise zumindest in einer Härte und/oder einer Dichte und/oder einer Druckeigenspannung voneinander unterscheiden.
Förderelement nach Anspruch 5 oder 6, 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 und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als ein unter der Oberflächenschicht liegender Kernbereich.
Förderelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die erste Oberfläche (3, 4, 5, 6) bildende Oberflächenschicht wenigstens bereichsweise härter ist und/oder dichter ist und/oder eine höhere Druckeigenspannung aufweist als die die zweite Oberfläche (7, 8) bildende Oberflächenschicht.
Förderelement nach Anspruch 7 oder 8, 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 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Oberfläche (7, 8) bildende Oberflächenschicht zumindest teilweise abgetragen ist.
Förderelement nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (5, 6) als die gezogen ausgeführte Oberfläche ausgebildet ist.
Förderelement nach einem der Ansprüche 5 bis 11, 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 Nitrierstahl 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 in einem Härtevorgang oberflächengehärtet oder oberflächenverdichtet oder oberflächenverfestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderelementrohling in dem Härtevorgang nitriert, insbesondere gasnitriert, wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderelementrohling zur Bereitstellung zumindest einer gezogen ausgeführten Oberfläche (5, 6) vor dem Härtevorgang in einem Ziehvorgang, insbesondere plastisch, verformt wird, wobei auf ein Schleifen der gezogen ausgeführten Oberfläche (5, 6) verzichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Härtevorgang gehärtete oder verdichtete oder verfestigte Oberflächenschicht wenigstens an einer Oberfläche (7, 8) des Förderelementrohlings zumindest teilweise abgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderelementrohling nach dem Härtevorgang geschliffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderelementrohling nach dem Härtevorgang an seinen seine Haupterstreckung (19) definierenden Oberflächen (7, 8) geschliffen wird.
Rotationspumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit zumindest einem Förderelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verwendung zumindest eines Förderelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder eines durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20 hergestellten Förderelements (1) in einer Rotationspumpe (2), insbesondere einer Flügelzellenpumpe, eines Kraftfahrzeugs.