DE102017223734A1

DE102017223734A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Rotorflügels für eine Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102017223734A1
Application number: DE102017223734.1A
Authority: DE
Inventors: Roland Eberhardt
Original assignee: Christian Bauer GmbH and Co KG
Current assignee: Christian Bauer GmbH and Co KG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorflügels (6) für eine Flügelzellenpumpe (1), umfassend die folgenden Schritte:a) Bereitstellen wenigstens eines Rotorflügels (6) einer Flügelzellenpumpe (1),b) Erzeugen wenigstens einer Fase (15a-15d) in dem Rotorflügel (6) an einem Übergang (12a-12d) von einer Außenumfangsseite (8a) und/oder Innenumfangsseite (8b) zu einer Stirnseite (10a, 10b) des wenigstens einen Rotorflügels (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Rotorflügels für eine Flügelzellenpumpe sowie eine Flügelzellenpumpe mit wenigstens einem Rotorflügel, der mittels dieses Verfahrens bearbeitet ist.
Flügelzellenpumpen werden in Kraftfahrzeugen in einem Ölkreislauf zur Förderung von Öl eingesetzt. Eine solche Flügelzellenpumpe besteht typischerweise aus einem Gehäuse - dem Fachmann auch als „Stator“ oder „Läuferring“ bekannt -, welches einen Förderraum begrenzt. In dem Förderraum ist ein relativ zum Gehäuse drehbarer Rotor mit Aufnahmenuten angeordnet, aus welchen radial verstellbare Rotorflügel in den Förderraum hineinragen. Durch die bei der Drehbewegung des Rotors auftretenden Fliehkräfte werden die Rotorflügel nach außen gegen das Gehäuse bzw. den Läuferring gedrückt, sodass die Rotorflügel den Förderraum in mehrere Förderraum-Segmente unterteilen.
Die Leistungsfähigkeit einer solchen Flügelzellenpumpe hängt wesentlich von einer flächigen Anlage der Rotorflügel an den Läuferring ab. Hierzu ist eine hohe Passgenauigkeit der Rotorflügel erforderlich, die im Allgemeinen erreicht wird, wird, indem die beiden vom Läuferring und vom Rotorflügel gebildeten Kontaktflächen parallel zueinander ausgerichtet werden.
Nachteilig wirken sich dabei am Rotorflügel im Zuge der Herstellung, beispielsweise beim Aushärten, ausgebildete Erhebungen - sogenannte Aufwürfe - aus, die im Extremfall dazu führen, dass der betreffende Rotorflügel mit dem Läuferring nur mehr einen Zweipunkt-Kontakt ausbildet. Dies führt zu lokal hohen mechanischen Kontaktspannungen, mit welchen hohe Leckage-Raten und auch ein hoher Verschleiß einhergehen. Beides wirkt sich nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der Flügelzellenpumpe aus.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, bei welchen die Ausbildung besagter Zweipunkt-Kontakte vermieden werden kann, so dass eine flächige Anlage der Rotorflügel an dem Läuferring sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, im Zuge der Herstellung der Flügelzellenpumpe am Rotorflügel eine Fase vorzusehen, und zwar am Übergang zwischen der Außenumfangsseite und/oder der Innenumfangsseite zu wenigstens einer der beiden Stirnseiten des Rotorflügels. Da besagte Übergänge besonders anfällig für die Ausbildung der eingangs genannten Aufwürfe bzw. Erhebungen sind, können besagte Fasen dazu verwendet werden, diese Erhebungen geometrisch zu kompensieren. Eine unerwünschte konkave Geometrie der Außenumfangsseite bzw. Innenumfangsseite des Rotorflügels, wie sie mit der Ausbildung besagter Aufwürfe bzw. Erhebungen einhergeht, kann auf diese Weise vermieden werden. Im Ergebnis wird somit ein Rotorflügel mit einer im Idealfall ebenen, krümmungsfreien Außenumfangs- bzw. Innenumfangsfläche geschaffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Rotorflügels für eine Flügelzellenpumpe, umfasst zwei Verfahrensschritte a und b). Gemäß Schritt a) wird ein Rotorflügel für eine Flügelzellenpumpe bereitgestellt. Gemäß Schritt b) wird in dem Rotorflügel wenigstens eine Fase an einem Übergang von einer Außenumfangsseite und/oder Innenumfangsseite zu wenigstens einer Stirnseite des Rotorflügels erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Verfahrensschritt b) ein zusätzlicher Verfahrensschritt c) ausgeführt, gemäß welchem im Bereich der wenigstens einen Fase eine Erhebung erzeugt wird. Die Ausbildung der Erhebung erfolgt dabei derart, dass auf diese Weise die in Schritt b) erzeugte wenigstens eine Fase wieder beseitigt wird.
Besonders bevorzugt wird die Erhebung durch mechanisches Bearbeiten, durch thermisches Behandeln, vorzugsweise durch vorzugsweise durch Härten, höchst vorzugsweise durch Nitrieren oder Nitrocarburieren oder Einsatzhärten, und/oder durch Beschichten des Rotorflügels, insbesondere im Bereich des Übergangs, in welchem die wenigstens eine Fase erzeugt wurde, ausgebildet. Das mechanische Bearbeiten umfasst dabei auch Trenn- oder Schleifverfahren. Das thermische Behandeln umfasst dabei ein Härten, insbesondere durch Nitrieren, Nitrocarburieren, Einsatzhärten oder Aufkohlen. Auch ein Härten mittels Induktionshärten ist möglich.
Zweckmäßig kann die in Schritt b) gebildete Fase in dem Längsschnitt einen konvexen, vorzugsweise eine runden, oder einen geradlinigen Konturverlauf aufweisen. Je nach Geometrie der am Rotorflügel entstehenden Erhebungen kann somit eine optimale Geometrie der diese Erhebungen kompensierenden Fasen gewählt werden.
Besonders bevorzugt werden an dem zumindest einen Rotorflügel jeweils zwei Fasen erzeugt, und zwar sowohl an einem ersten Übergang von der Außenumfangsseite zu einer ersten Stirnseite als auch an einem zweiten Übergang von der Außenumfangsseite zu einer zweiten Stirnseite, die der ersten Stirnseite axial gegenüberliegt. Alternativ oder zusätzlich werden an dem zumindest einen Rotorflügel jeweils zwei weitere Fasen erzeugt, und zwar sowohl an einem ersten Übergang von der Innenumfangsseite zu einer ersten Stirnseite als auch an einem zweiten Übergang von der Innenumfangsseite zu einer zweiten Stirnseite, die der ersten Stirnseite axial gegenüberliegt. Auf diese Weise können alle potentiell von der Ausbildung von unerwünschten Erhebungen betroffenen Zonen des Rotorflügels durch Bereitstellung einer entsprechenden Fase behandelt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Fase an wenigstens zwei Rotorflügeln, vorzugsweise an allen Rotorflügeln, vorgesehen. Auf diese Weise kann in allen in der Flügelzellenpumpe vorhandenen Rotorflügeln die Ausbildung besagter Erhebungen kompensiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Fase eine orthogonal zur Außenumfangsseite bzw. Innenumfangsseite gemessene Tiefe zwischen 10 µm und 90 µm auf.
Die Erfindung betrifft ferner eine Flügelzellenpumpe zum Fördern eines Fluids, die insbesondere mittels des vorangehend vorgestellten Verfahrens hergestellt sein kann. In diesem Fall übertragen sich die Vorteile des vorangehend erläuterten Verfahrens auf die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe umfasst ein Gehäuse, welches einen Förderraum umgibt. Die Flügelzellenpumpe umfasst ferner einen im Förderraum angeordneten Rotor, der um eine Drehachse drehbar am Gehäuse gelagert ist und Aufnahmenuten aufweist, in welchen wiederum verstellbar jeweils ein Rotorflügel teilweise aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist wenigstens ein Rotorflügel am Übergang von einer Außenumfangsseite und/oder von einer Innenumfangsseite wenigstens zu einer Stirnseite dieses Rotorflügels eine Fase auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fase sowohl an einem ersten Übergang von der Außenumfangsseite zu einer ersten Stirnseite als auch an einem zweiten Übergang von der Außenumfangsseite zu einer zweiten Stirnseite vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform die Fase sowohl an einem dritten Übergang von der Innenumfangsseite zu der ersten Stirnseite als auch an einem vierten Übergang von der Innenumfangsseite zu der zweiten Stirnseite ausgebildet. Auf diese Weise können alle potentiell von der Ausbildung von unerwünschten Erhebungen betroffenen Zonen des Rotorflügels durch Bereitstellung einer entsprechenden Fase kompensiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die wenigstens eine Fase in dem Längsschnitt einen konvexen, vorzugsweise eine runden, oder einen geradlinigen Konturverlauf auf. Je nach Geometrie der am Rotorflügel entstehenden Erhebungen kann somit eine optimale Geometrie der diese Erhebungen kompensierenden Fasen gewählt werden.
Zweckmäßig weist die wenigstens eine Fase eine orthogonal zur Außenumfangsseite bzw. Innenumfangsseite gemessene Tiefe zwischen 10 µm und 90 µm auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die wenigstens eine Fase an wenigstens zwei Rotorflügeln, vorzugsweise an allen Rotorflügeln, vorgesehen. Auf diese Weise kann in allen in der Flügelzellenpumpe vorhandenen Rotorflügeln die Ausbildung besagter Erhebungen kompensiert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es zeigen, jeweils schematisch:

1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe,
2 eine die Ausbildung von Erhebungen am Rotorflügel illustrierende Darstellung,
3 einen Rotorflügel der Flügelzellenpumpe der 1 in einem Längsschnitt und in einer Detaildarstellung.

1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe 1 zum Fördern eines Fluids wie beispielsweise Öl. Die Flügelzellenpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2 - dem Fachmann auch als „Stator“ geläufig - mit einem als Läuferring 3 ausgebildeten Gehäuseteil. Das Gehäuse 2 mit dem Läuferring 3 umgibt einen Förderraum 4, in welchem ein Rotor 5 der Flügelzellenpumpe 1 angeordnet ist. Der Rotor 5 ist drehfest mit einer Antriebswelle verbunden, die in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist. Die nicht dargestellte Welle ist zusammen mit dem Rotor 5 um eine Drehachse D drehbar am Gehäuse 2 gelagert. Durch die Drehachse D ist eine axiale Richtung A definiert.
Am Rotor 5 sind außenumfangsseitig Aufnahmenuten 7 vorgesehen, in welchen Rotorflügel 6 der Flügelzellenpumpe 1 teilweise aufgenommen sind. Die Rotorflügel 6 stehen dabei radial über eine Außenumfangsseite 8a des Rotors 5 vor, ragen in den Förderraum 4 hinein und werden aufgrund der bei der Drehung des Rotors 5 auftretenden Fliehkräfte gegen das Gehäuse 2 bzw. den Läuferring 3 gedrückt. In der Darstellung der 1 sind nur eine einzige solche Aufnahmenut 7 und ein in dieser aufgenommener Rotorflügel 6 gezeigt.
Entsprechend 1 weist der Rotorflügel 6 eine Außenumfangsseite 8a auf, die einer Innenseite 9 des Gehäuses 2 bzw. des Läuferrings 3 zugewandt ist. Eine Innenumfangsseite 8b, die der Außenumfangsseite 8a gegenüberliegt, ist einem Nutengrund 16 der jeweiligen Aufnahmenut 7 zugewandt. Gemäß 1 sind die Außenumfangsseite 8a und die Innenumfangsseite 8b jeweils zwischen einer ersten und einer zweiten Stirnseite 10a, 10b des Rotorflügels 5 angeordnet, die einander in der axialen Richtung A gegenüberliegen.
Zwischen der Außenumfangsseite 8 des Rotorflügels 6 und der Innenseite 9 des Gehäuses 2 ist ein Zwischenraum 11 vorhanden, der zur Sicherstellung einer möglichst hohen Förderleistung der Flügelzellenpumpe 1 möglichst klein sein sollte, so dass die Außenumfangsseite 8a des Rotorflügels 6 und die Innenumfangsseite 9 des Läuferrings 3 jeweils Dichtflächen bzw. Reibflächen ausbilden.
Wie 2 illustriert, welche den Läuferring 3 und den Rotorflügel 6 in einer Detaildarstellung zeigt, können sich im Zuge der Herstellung des Rotorflügels 5 an den beiden Längsenden 13a, 13b der Außenumfangsseite 8a radial nach außen abstehende Erhebungen 14a, 14b ausbilden, die für die Innenseite 9 des Läuferring 3 eine unerwünschte Zweipunkt-Auflage bilden. Besagte Erhebungen 14a, 14b können etwa beim Härten, Schlagschneiden oder Nitrieren des Rotorflügels 5 im Bereich seiner Außenumfangsseite 8a entstehen. In analoger Weise können sich im Zuge der Herstellung des Rotorflügels 5 an den beiden Längsenden 13a, 13b der Innenumfangsseite 8b radial nach innen abstehende Erhebungen 14c, 14d ausbilden, die für den Nutengrund 16 der Aufnahmenut 7 des Rotors 5 eine unerwünschte Zweipunkt-Auflage bilden.
Um solche Zweipunkt-Auflagen zu vermeiden, wird im Zuge der Herstellung des Rotorflügels 6 an einem ersten und einem zweiten Übergang 12a, 12b von der Außenumfangsseite 8a zu einer ersten bzw. zweiten Stirnseite 10a, 10b des Rotorflügels 6 jeweils eine Fase 15a, 15b ausgebildet. Ebenso wird im Zuge der Herstellung des Rotorflügels 6 an einem dritten und einem vierten Übergang 12c, 12d von der Innenumfangsseite 8b zu der ersten bzw. zweiten Stirnseite 10a, 10b des Rotorflügels 6 eine jeweilige Fase 15c, 15d ausgebildet. Solche Fasen 15a, 15b, 15c, 15d können an mehreren oder, besonders bevorzugt, an allen Rotorflügeln 6 des Rotors 5 vorgesehen werden.
Zur Verdeutlichung zeigt die 3 den Rotorflügel 6 der 1 in einem Längsschnitt entlang der axialen Richtung A. Die im Zuge der Herstellung des Rotorflügels 6 gebildeten Fasen 15a, 15b können in dem Längsschnitt entlang der axialen Richtung A - wie in 3 angedeutet - einen konvexen, vorzugsweise eine runden, Konturverlauf oder aber, alternativ dazu, einen geradlinigen Konturverlauf (in 3 nicht gezeigt) aufweisen. Die Fasen 15a bis 15d können am Rotorflügel 6 durch Umformen, Spanabheben oder Abrasion erzeugt wird. Die einzelnen Fasen 15a bis 15d können jeweils eine senkrecht zur Außenumfangsseite 8 gemessene Tiefe zwischen 10 µm und 90µm aufweisen.
Die in 2 gezeigten Erhebungen 14a-14d sind in 3 in gestrichelter Darstellung gezeigt. Man erkennt, dass durch die Ausbildung der Erhebungen 14a-14d im Bereich jeweiliger Fasen 13a-13d diese Fasen 13a-13d wieder verschwinden, also beseitigt werden. Somit ergibt sich die gewünschte flächig ebene bzw. plane Ausbildung der Außenumfangsseite 8a des Rotorflügels 6, so dass diese flächig am Rotor 2 bzw. am Läuferring 3 einer Flügelzellenpumpe zur Anlage gebracht werden kann.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Rotorflügels (6) für eine Flügelzellenpumpe (1), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen wenigstens eines Rotorflügels (6), b) Erzeugen wenigstens einer Fase (15a-15d) in dem wenigstens einen Rotorflügel (6) an einem Übergang (12a-12d) von einer Außenumfangsseite (8a) und/oder Innenumfangsseite (8b) zu einer Stirnseite (10a, 10b) des wenigstens einen Rotorflügels (6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt b) der folgende zusätzliche Verfahrensschritt c) ausgeführt wird: Ausbilden einer Erhebung im Bereich der wenigstens einen Fase (15a-15d), so dass auf diese Weise die in Schritt b) erzeugte wenigstens eine Fase (15a-15d) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung durch mechanisches Bearbeiten, durch thermisches Behandeln, vorzugsweise durch Härten, höchst vorzugsweise durch Nitrieren oder Nitrocarburieren oder Einsatzhärten, und/oder durch Beschichten des Rotorflügels (6), insbesondere im Bereich des Übergangs (12a-12d), in welchem die wenigstens eine Fase (15a-15d) erzeugt wurde, ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) gebildete Fase (15a-15d) in einem Längsschnitt des Rotorflügels (6) einen konvexen, vorzugsweise einen runden, oder einen geradlinigen Konturverlauf aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Fase (15a, 15b) sowohl an einem ersten Übergang (12a) von der Außenumfangsseite (8a) zu einer ersten Stirnseite (10a) als auch an einem zweiten Übergang (12b) von der Außenumfangsseite (8a) zu einer zweiten Stirnseite (10b) des Rotorflügels (6) ausgebildet wird, und/oder dass - die Fase (15c, 15d) sowohl an einem dritten Übergang (12c) von der Innenumfangsseite (8b) zu der ersten Stirnseite (10a) als auch an einem vierten Übergang (12d) von der Innenumfangsseite (8b) zu der zweiten Stirnseite (10b) des Rotorflügels (6) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fase (15a-15d) an allen in Schritt a) bereitgestellten Rotorflügeln (6) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fase (15a-15d) eine orthogonal zur Außenumfangsseite (8a) bzw. orthogonal zur Innenumfangsseite (8b) gemessene Tiefe zwischen 10 µm und 90µm aufweist.
Flügelzellenpumpe (1) zum Fördern eines Fluids, insbesondere hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - mit einem einen Förderraum (4) umgebenden Gehäuse (2), - mit einem im Förderraum (4) angeordneten Rotor (5), der um eine Drehachse (D) drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist und Aufnahmenuten (7) aufweist, in welchen jeweils ein Rotorflügel (6) verstellbar und teilweise aufgenommen ist, wobei wenigstens ein Rotorflügel (6), vorzugsweise alle vorhandenen Rotorflügel (6), mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bearbeitet ist/sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rotorflügel (6) an einem Übergang (12a-12d) von einer Außenumfangsseite (8a) und/oder Innenumfangsseite (8b) zu wenigstens einer Stirnseite (10a, 10b) dieses Rotorflügels (6) eine Fase (15a-15d) aufweist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - die wenigstens eine Fase (15a, 15b) sowohl an einem ersten Übergang (12a) von der Außenumfangsseite (8a) zu einer ersten Stirnseite (10a) als auch an einem zweiten Übergang (12b) von der Außenumfangsseite (8a) zu einer zweiten Stirnseite (10b) des Rotorflügels (6) ausgebildet ist, und/oder dass - die wenigstens eine Fase (15c, 15d) sowohl an einem dritten Übergang (12c) von der Innenumfangsseite (8b) zu der ersten Stirnseite (10a) als auch an einem vierten Übergang (12d) von der Innenumfangsseite (8b) zu der zweiten Stirnseite (10b) ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fase (15a-15d) in einem Längsschnitt des Rotorflügels (6) einen konvexen, vorzugsweise eine runden, oder einen geradlinigen Konturverlauf aufweist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fase (15a-15d) eine orthogonal zur Außenumfangsseite (8a) bzw. Innenumfangsseite (8b) gemessene Tiefe zwischen 10 µm und 90 µm aufweist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fase (15a-15d) an wenigstens zwei Rotorflügeln (6), vorzugsweise an allen Rotorflügeln (6), der Flügelzellenpumpe (1) ausgebildet ist.