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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flügelzellenpumpe gemäß Anspruch 1.
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Flügelzellenpumpen und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt (
DE 37 26 209 C2 ;
US 4,696,866 A ;
US 4,908,077 A ). Sie zeichnen sich durch einen innerhalb eines Hubrings drehbar gelagerten Rotor aus, in den radial verlaufende Schlitze eingebracht sind. In diesen sind Flügel beweglich gelagert. Bei einer Rotation des Rotors mit den Flügeln innerhalb des Hubrings ergeben sich größer und kleiner werdende Teilräume, die mindestens einen Saug- und einen Druckbereich bilden und mit Saug- und Druckanschlüssen der Pumpe verbunden sind. Seitlich an dem Hubring und an dem Rotor liegt mindestens eine Druckplatte an, um die Saug- und Druckbereiche zu verschließen. Auf der anderen Seite des Hubrings und Rotors kann eine Begrenzungsfläche des Pumpengehäuses anliegen. Es ist jedoch auch möglich, hier eine weitere Druckplatte vorzusehen. Es hat sich herausgestellt, daß der Verschleiß derartiger Flügelzellenpumpen sehr hoch ist. Es werden nämlich aus der dem Rotor und Hubring zugewandten Oberfläche der Druckplatte(n) kleinste Partikel durch Kavitationserosion herausgerissen, die ins Öl gelangen und einen Verschleiß der Pumpe darstellen sowie einen weiteren Verschleiß des von der Pumpe versorgten Verbrauchers bewirken.
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Zur Erzielung eines guten Verschleißverhaltens werden bei bekannten Flügelzellenpumpen die Druckplatten aus Sintermetall oder einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung (Al-Si-Legierung) hergestellt, die gegenüber dem Sintermetall den Vorteil aufweist, daß sie leichter und die Fertigung der daraus hergestellten Druckplatte billiger ist. Eine aus einer übereutektischen Al-Si-Legierung hergestellte Druckplatte zeichnet sich durch gute Festigkeitseigenschaften aus, wobei die primären Siliziumkristalle einem Verschleiß entgegenwirken. Durch eine Veredelung der Al-Si-Legierung durch Zugabe von Natrium oder Strontium werden sehr feine Siliziumkristalle gebildet, durch die die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zugfestigkeit, verbessert werden. Ferner ist bekannt, daß das Verschleißverhalten der Al-Si-Legierung durch ein übereutektisches Gefüge und einen hohen Siliziumanteil verbessert wird. Es hat sich herausgestellt, daß auch bei einer aus einer übereutektischen Al-Si-Legierung hergestellten, gute Festigkeitseigenschaften aufweisenden Druckplatte Kavitationserosion, die auch als Schwingreibverschleiß bezeichnet wird, auftritt und somit ein Verschleiß der Pumpe sowie des versorgten Verbrauchers.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Flügelzellenpumpe zu schaffen, das sich dadurch auszeichnet, daß die hier genannten Nachteile vermieden werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flügelzellenpumpe vorgeschlagen, das die in Anspruch 1 genannten Merkmale zeigt. Es zeichnet sich dadurch aus, daß die Druckplatte in einem Druckgussverfahren aus einer nah- oder untereutektischen Aluminiumlegierung hergestellt wird, die einen Siliziumanteil von 7,5% bis 14,5% aufweist. Sie wird nach ihrer Herstellung einer nadelförmige Siliziumkörner verrundenden Wärmebehandlung unterzogen, aufgrund derer der Verschleiß der Druckplatte reduziert wird, da nadelartige längliche, kleinste Siliziumkörner vermieden werden, die im Betrieb der Pumpe aus der Oberfläche der Druckplatte ausbrechen.
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Eine mithilfe des Verfahrens hergestellte Flügelzellenpumpe umfasst also eine Druckplatte, die aus einer nah- oder untereutektischen Aluminiumlegierung besteht, welche Silizium enthält. Die Druckplatte unterliegt deshalb einem relativ geringen Verschleiß, weil aufgrund der Wärmebehandlung ein ungleichmäßiges Gefüge der Aluminiumlegierung vermieden wird. Insbesondere können kleinste Körner der harten Gefügebestandteile nadelartiger Struktur vermieden werden, die zum Herausbrechen neigen. Durch die Wärmebehandlung setzt eine Vergröberung und Globulitisierung, also Abrundung der Siliziumkristalle ein. Die wärmebehandelte nah- oder untereutektische, Silizium enthaltende Aluminiumlegierung weist – entgegen der Ansicht der Fachwelt – ein besseres Kavitationsverhalten auf, als eine übereutektische, hochsiliziumhaltige Aluminiumlegierung. Die nah- oder untereutektische Al-Si-Legierung weist nach der Glühbehandlung ein grobes, untereutektisches Gefüge auf, bei dem die groben, runden Kristalle bei Kavitation/Schwingreibung nicht ausbrechen.
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Bevorzugt sind Sekundärgefügeanteile aus Silizium in der Druckplatte vorhanden, die im wesentlichen verrundete Siliziumkörner einer definierten Mindestgröße umfaßt. Derartig runde Strukturen neigen nur sehr wenig zum Ausbrechen, so daß auch im Betrieb der Pumpe die Oberfläche der Druckplatte sehr wenig Defekte zeigt. Im übrigen werden kleinste Partikel vermieden, die zur Abrasion führen. Die verrundeten, harten Siliziumkörner verbleiben vielmehr im Gefüge der Legierung und bewirken eine hohe Abriebfestigkeit der Oberfläche der Druckplatten.
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Der Siliziumanteil in der beziehungsweise den Druckplatte(n) beträgt vorzugsweise ca. 9%.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Flügelzellenpumpe im Längsschnitt.
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Flügelzellenpumpen der hier angesprochenen Art sind bekannt, so daß hier nur kurz auf das Wesentliche eingegangen werden soll. Die im Schnitt dargestellte Flügelzellenpumpe 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine Pumpeneinheit 5 untergebracht ist. Diese umfaßt einen Hubring 7, in dessen Inneren sich ein Rotor 9 dreht. Er wird über eine Antriebswelle 11 in Rotation versetzt. In den Rotor 9 sind in radialer Richtung zur Drehachse 13 verlaufende Schlitze eingebracht, in die radial bewegliche Flügel 15 eingesetzt sind. Bei einer Drehung des Rotors 9 innerhalb des Hubrings 7 entstehen größer und kleiner werdende Teilräume, durch die mindestens ein Saug- und ein Druckbereich ausgebildet werden. Vorzugsweise sind je zwei Saug- und Druckbereiche vorgesehen. Bei einer Drehung des Rotors 9 wird ein Medium, beispielsweise Öl, aus einem mit einem Sauganschluß verbundenen Saugraum 17 in einen mit einem Druckanschluß verbundenen Druckraum 19 gefördert, der über ein Stromregelventil 21 mit einem Verbraucher in Verbindung steht.
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Bei der hier dargestellten Flügelzellenpumpe 1 sind zwei Druckplatten 23 und 25 vorgesehen, die dichtend am Hubring 7 und an dem Rotor 9 sowie den Flügeln 15 anliegen. Die Druckplatten 23 und 25 werden im Betrieb der Pumpe gegen die Pumpeneinheit 5 gepreßt und unterliegen daher, insbesondere im Berührungsbereich mit den sich drehenden Teilen der Pumpeneinheit 5, einem Verschleiß.
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Die Druckplatten, die gegenüber der in der Figur dargestellten Flügelzellenpumpe auch wesentlich dicker ausgestaltet werden können, bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die einen Siliziumanteil enthält. Es handelt sich hier um eine nah- oder untereutektische Legierung, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurde. Diese dient dazu, in der Legierung vorhandene nadelförmige, längliche Siliziumkörner umzuwandeln. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung so durchgeführt, daß die Sekundärgefügeanteile aus Silizium im wesentlichen verrundete Körner umfassen. Die Nadeln können beispielsweise eine Länge von 1 μm bis 10 μm und eine Dicke von 0,1 μm aufweisen. Diese brechen daher sehr leicht aus dem Grundgefüge aus. Die verrundeten Körner weisen keine Spitzen auf und können deshalb im Betrieb der Pumpe kaum ausbrechen, so daß diese harten Anteile in den Platten verbleiben und somit keinen Verschleiß bewirken. Sie haben eine Größe von ca. 2 μm bis 5 μm.
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Die nah- oder untereutektische Legierung enthält also vor der Wärmebehandlung Nadelkristalle, die durch Kavitation/Schwingreibverschleiß ausbrechen würden. Durch die Wärmebehandlung, insbesondere Glühbehandlung, schließen sich die Nadelkristalle zu groben, runden Kristallen zusammen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß eine Vergröberung der Siliziumkristalle nicht durch eine Veredelung der nah- oder untereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung durch Beimengung von Zuschlägen, beispielsweise Natrium oder Strontium, hergestellt werden können. Die Wärmebehandlung der nah- oder untereutektischen Aluminiumlegierung führt ferner zu einer Verringerung der Festigkeit.
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Entgegen der Meinung der Fachwelt, die gegen Verschleiß einen hohen Siliziumanteil, ein übereutektisches und feines Gefüge sowie eine Veredelung der Aluminiumlegierung vorschlägt und von einer Wärmebehandlung aufgrund der die Zugfestigkeit reduzierenden Wirkung abrät, weisen die aus einer nah- oder untereutektischen Aluminiumlegierung hergestellten Druckplatten ein besseres Kavitationsverhalten auf, als die bekannten, eingangs beschriebenen Druckplatten, die aus einer übereutektischen, hochsiliziumhaltigen Aluminiumlegierung hergestellt sind.
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Bevorzugt wird als Grundwerkstoff für die Wärmebehandlung eine Aluminiumlegierung die einen Siliziumanteil von 7,5% bis 14,5%, vorzugsweise von 8,5% bis 13,5% aufweist. Besonders bewährt hat sich eine Aluminiumlegierung mit einem Siliziumanteil von ca. 9%.
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Aus der Beschreibung zu 1 wird deutlich, daß auch Flügelzellenpumpen 1 realisierbar sind, die nur eine Druckplatte aufweisen. Auf der der Druckplatte gegenüberliegenden Seite kann die Pumpeneinheit an einer Fläche anliegen, die unmittelbar durch das Gehäuse 3 der Flügelzellenpumpe 1 gebildet wird. Bevorzugt werden jedoch Flügelzellenpumpen 1, die, wie hier dargestellt, zwei Druckplatten 23 und 25 aufweisen.
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Bei der Herstellung einer Flügelzellenpumpe 1 der hier beschriebenen Art werden Druckplatten eingesetzt, die aus einer nah- oder untereutektischen Aluminiumlegierung hergestellt sind. Der Siliziumanteil der Aluminiumlegierung beträgt 7,5% bis 14,5%, vorzugsweise 8,5% bis 13,5%. Besonders bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem eine Aluminiumlegierung mit einem Siliziumanteil von ca. 9% eingesetzt wird. Die Druckplatte wird nach der Herstellung, beispielsweise in einem Druckgußverfahren, einer Wärmebehandlung unterzogen, aufgrund derer Sekundärgefügeanteile innerhalb der Druckplatte gebildet werden, die im wesentlichen verrundete Körner zeigen, die etwa 2 μm bis 5 μm groß sind.
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Insgesamt zeigt sich, daß mithilfe des Verfahrens eine Flügelzellenpumpe realisiert ist, die sich durch einen sehr geringen Verschleiß auszeichnet. Dies beruht darauf, daß nadelförmige, längliche Siliziumkörner in der Oberfläche der Druckplatten 23, 25, die an der Pumpeneinheit 5 anliegen, in verrundete Körner umgewandelt werden. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe bilden diese verrundeten Siliziumkörner eine Auflagefläche. Aufgrund ihrer verrundeten Gestalt können diese harter Siliziumkörner nicht aus der Oberfläche herausgerissen oder ausgebrochen werden, so daß nur sehr wenig abrasive Substanzen in dem geförderten Medium beziehungsweise Hydrauliköl vorhanden sind. Die harten Siliziumkörner verbleiben vielmehr als Verschleißschutz in der Oberfläche der Druckplatten. Dadurch wird ein Verschleiß durch Abrasion aber auch durch Kavitation auf ein Minimum reduziert.
