EP1616099A1 - Rotor aus sintermetall einer drehkolbenpumpe - Google Patents

Rotor aus sintermetall einer drehkolbenpumpe

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EP1616099A1
EP1616099A1 EP04738690A EP04738690A EP1616099A1 EP 1616099 A1 EP1616099 A1 EP 1616099A1 EP 04738690 A EP04738690 A EP 04738690A EP 04738690 A EP04738690 A EP 04738690A EP 1616099 A1 EP1616099 A1 EP 1616099A1
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sintered
connecting claw
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    • F04C2240/20—Rotors

Definitions

  • the invention relates to a rotor made of sintered metal of a rotary piston pump according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing this rotor.
  • Such a rotor is known for example from DE 197 03 499 AI. That rotor is made up of parts, namely a produced .. After a previous carburizing, the turned part is soldered to the sintered pot part via the copper ring. The copper of the copper ring diffuses during the heat treatment required for the soldering into the pore zones of the sintered component which are at risk of breakage and thereby guarantees the rotor sufficient break resistance in the area of the turned part.
  • the turned part made of steel forms the connection claw area of that rotor. The claw in this area, to which a coupling is attached, is designed to extend over the entire diameter of the soldered steel turned part.
  • the known rotor could, for example, be produced by a sintering process known from EP 0 822 876 B1.
  • the reason for the above Flat assembly of several, that is to say at least two, prefabricated output parts consists in the fact that the coupling area in a one-piece sintered rotor has not hitherto been able to be produced with sufficient strength for continuous operation of the rotor.
  • the invention is concerned with the overall problem, a generic rotor of sintered material particularly efficient and inexpensively and with sufficient fatigue strength 'speed in particular, its coupling region.
  • the shape of the connecting claw section of the rotor according to the invention results in an advantageous embodiment of a coupling element to be attached.
  • the last subclaim shows a manufacturing method with a sintering press tool that is particularly advantageous for the implementation.
  • the invention is based on the general idea of giving the rotor a shape, in particular in the connecting claw section, which allows it to be pressed by a press tool. to be able to manufacture tools with a series of individually pressable dies with sufficient sintering pressure for all functional areas.
  • By dividing the connecting claw section into two separate, diametrically spaced opposing individual webs it is possible to condense these individual webs by these respectively associated, separately acted upon sintering die stamp for the required in this area, material stability sufficient 'high. This is possible because the pressing pressure can only be applied to a small cross-sectional area, which means that an extremely high specific pressure can be achieved in these cross-sectional areas.
  • the strength of sintered steels can be increased by filling the pores with a low-melting metal (impregnating alloys), for example copper or copper alloys.
  • a low-melting metal impregnating alloys
  • the individual webs with transition regions in the adjacent rotor body are accordingly infiltrated with copper.
  • a copper layer is provided on the surfaces of those areas that are to be infiltrated with copper before the sinter-pressed base material is exposed to the required screening temperature. Copper applied in this way melts under the sintering heat and penetrates into the material lying below the coated surfaces, in particular due to the capillary action.
  • FIG. 1 shows a cross section through a sintered rotor
  • FIG. 2 shows a top view of the rotor according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a view of the rotor according to FIG. 1 from below
  • FIG. 4 shows a front view of a coupling element that can be attached to the rotor
  • 5 shows a plan view of the coupling element according to FIG.
  • the rotor consists of a pot-shaped base body 1 and a cylindrical foot region protruding from the bottom thereof with a connecting claw section 2 adjoining it.
  • the connecting claw section 2 two diametrically opposed individual webs 3 project axially outward as connecting claws, which are of the same shape and size.
  • the individual webs 3 are edge profile hardened, this hardening can be generated inductively.
  • the edge-hardened area of the individual webs 2 can be cooled in a particularly rugged manner in order to be able to achieve the necessary material strength with a high degree of certainty.
  • the special feature of the invention consists in the shape of the connecting claw section 2 due to the individual webs 3 formed here and the possibility thereby given to be able to compress the material of these individual webs 3 "sufficiently high during the sintering production of the rotor.
  • This high compression is achieved by a sintering pressing tool , which is equipped with the crosspieces 3 that are assigned to the individual webs and can be operated separately, the inner areas of the rotor 1 that can be operated separately 3 are assigned the reference numerals 4, 4 '.
  • the sintering tool which has these two separate stamps 4, 4 ', consists of a total of seven stamps, each of which can be pressurized individually. Two of these stamps are the stamps 4, 4 'already mentioned above. The remaining stamps are assigned to rotor areas, which in FIG. 3 are 5, 5 '; 6, 6 'and 7 are designated.
  • the rotor is made of the following material:
  • the specific sintering pressure is such that a material density of at least 6.8 to 7.4 g / cm 3 is given in all areas of the rotor, but certainly in the area of the individual webs 3 of the connecting claw section.
  • the copper layers can be applied to the already sinter-pressed individual webs in a cap shape before they are subjected to the sintering heat process. This means that appropriately shaped caps, cones or pot-like structures are simply placed on the relevant material areas to be infiltrated with copper before the sintering process is carried out.
  • the thickness of the copper layers that is to say the wall thickness of the caps to be put on, can for example be determined experimentally in such a way that a complete penetration of the material areas to be treated is reliably ensured. In principle, the required amount of copper to be used can of course also be determined at least approximately correctly by calculation.
  • connection claw area 2 a coupling element 8 adapted to the connection form of this section can be attached.
  • This coupling element 8 comprises a coupling claw area 9, which is integrated in a longitudinal web 10 as a connecting element for a component to be connected.
  • This design of the coupling element 8 allows couplings of different lengths to be produced and used in a simple manner.

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Description

Rotor aus Sintermetall einer Drehkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft einen Rotor aus Sintermetall einer Drehkolbenpύmpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Rotors.
Ein derartiger Rotor ist beispielsweise aus DE 197 03 499 AI bekannt. Jener Rotor wird aus d^ei Teilen, nämlich einem ge- hergestellt.. An das gesinterte Topfteil wird das Drehteil nach einer vorausgegangenen Aufkohlung über den Kupferring angelötet. Das Kupfer des Kupferringes diffundiert bei der für das Löten erforderlichen Wärmebehandlung in bruchgefährdete Porenzonen des Sinterbauteils ein und garantiert dadurch dem Rotor eine ausreichende Bruchstabilität in dem Drehteilbereich. Das Drehteil aus Stahl bildet den An- schlussklauenbereich jenes Rotors. Die Klaue in diesem Bereich, an dem eine Kupplung angesetzt wird, ist dort über den gesamten Durchmesser des angelöteten Stahldrehteiles verlaufend ausgebildet. Der bekannte Rotor könnte beispielsweise nach einem aus EP 0 822 876 Bl bekannten Sinterverfahren hergestellt sein. Der Grund für das vorstehend beschrie- bene Zusammenfügen aus mehreren, das heißt mindestens zwei, vorgefertigten Ausgangsteilen, besteht darin, dass der Kupplungsbereich bei einem einteilig gesinterten Rotor bisher nicht mit einer für einen Dauerbetrieb des Rotors ausreichenden Festigkeit hergestellt werden konnte.
Die Erfindung beschäftigt sich insgesamt mit dem Problem, einen gattungsgemäßen Rotor aus Sintermaterial besonders rationell und kostengünstig und mit ausreichender Dauerfestig-' keit in insbesondere dessen Kupplungsbereich herzustellen.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausbildung eines gattungsgemäßen Rotors nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der ünteransprüche .
Aus der erfindungsgemäßen Form des Anschlussklauenabschnit- tes des Rotors ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung eines anzusetzenden Kupplungselementes.
Ferner zeigt der letzte Unteranspruch ein Herstellungsverfahren, mit einem für die Durchführung besonders vorteilhaft aufgebauten Sinter-Presswerkzeug auf.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem Rotor insbesondere in dem Anschlussklauenabschnitt eine Form zu geben, die es ihm gestattet, den Rotor durch ein Presswerk- zeug mit einer Reihe einzeln beaufschlagbarer Pressstempel mit einem für sämtliche Funktionsbereiche ausreichenden Sinterpressdruck herstellen zu können. Durch eine Aufteilung des Anschlussklauenabschnittes in zwei voneinander getrennte, diametral beabstandet gegenüberliegende Einzelstege ist es möglich, diese Einzelstege durch diesen jeweils zugeordnete, separat beaufschlagbare Sinter-Presswerkzeugstempel für die in diesem Bereich geforderte Materialstabilität ausreichend' hoch verdichten zu können. Möglich ist dies deshalb, weil der Pressdruck lediglich auf jeweils eine geringe Querschnittsfläche aufzubringen ist, wodurch in diesen Querschnittsbereichen ein extrem hoher spezifischer Druck erreicht werden kann.
Wie allgemein und insbesondere auch bei einem gattungsgemäßen Rotor aus DE 197 03 499 AI bekannt ist, kann die Festigkeit von Sinterstählen durch das Ausfüllen der Poren mit einem niedrig schmelzenden Metall (Tränklegierungen) , beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen erhöht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor werden daher zumindest die Einzelstege mit Übergangsbereichen in den angrenzenden Rotorkörper entsprechend mit Kupfer infiltriert. Zu diesem Zweck wird auf die Oberflächen derjenigen Bereiche, die mit Kupfer infiltriert werden sollen, vor dem Aussetzen des sinterge- pressten Grundmaterials der erforderlichen Sihtertemperatur mit einer Kupferschicht versehen. Unter der Sinterwärme schmilzt derart aufgebrachtes Kupfer und dringt insbesondere durch .Kapillarwirkung bedingt in das unterhalb der beschichteten Oberflächen liegende Material ein. Durch eine geeigne- te Wahl der Dicke der aufzubringenden Kupferschichten kann ein vollständiges Durchdringen zumindest der Einzelstege einschließlich angrenzender Obergangsbereiche erreicht werden. Dadurch kann bei einem Rotor aus Sinterstahl erreicht werden, dass zumindest in den Einzelstegen Dichten bis 8 g/cm3 und darüber realisierbar sind. Grundsätzlich ist es dabei möglich, das Porenvolumen des sintergepressten For - lings praktisch zu eliminieren, wodurch wegen der von Kupfer gegenüber Stahl höheren spezifischen Dichte bei einem derart mit Kupfer infiltrierten Stahlsinterkörper dessen spezifisches Gewicht oberhalb desjenigen von Stahl liegen kann. Hierdurch erhalten die Einzelstege einschließlich der an sie angrenzenden Übergangsbereiche des Rotors äußerst gute Festigkeitseigenschaften .
Ein nachstehend noch näher erläutertes, vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen gesinterten Rotor, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor nach Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht des Rotors nach Fig. 1 von unten, Fig. 4 eine Vorderansicht eines an dem Rotor ansetzbaren Kupplungselementes, Fig. 5 eine Draufsicht auf das Kupplungselement nach Fig. Der Rotor besteht aus einem topfförmigen Grundkörper 1 und einem von dessen Boden abragenden zylindrischen Fußbereich mit einem sich hieran anschließenden Anschlussklauenabschnitt 2. In dem Anschlussklauenabschnitt 2 ragen axial nach außen als Anschlussklauen zwei diametral gegenüberliegende Einzelstege 3 ab, die von gleicher ■ Form und Größe sind. Diese Einzelstege 3 erstrecken sich in Umfangsrichtung jeweils über einen Bereich von etwa 90° und nehmen diametral jeweils etwa 20% des Anschlussklauenabschnittdurchmessers ein. Diese Werte sind lediglich ein zweckmäßiges Beispiel und sollen insoweit insbesondere keine festen Bereichsgrenzen darstellen. Diese sind vielmehr in den Patentansprüchen herausgestellt.
Die Einzelstege 3 sind randprofilgehärtet, wobei diese Härtung induktiv erzeugt sein kann. Der randgehärtete Bereich der Einzelstege 2 kann insbesondere schroff gekühlt sein, um die notwendige Materialfestigkeit mit hoher Sicherheit erreichen zu können.
Die Besonderheit der Erfindung besteht in der Formgebung des Anschlussklauenabschnittes 2 durch die hier ausgebildeten Einzelstege 3 und die damit gegebene Möglichkeit, das Material dieser Einzelstege 3 "bei der Sinterherstellung des Rotors ausreichend hoch verdichten zu können. Diese hohe Verdichtung wird durch ein Sinter-Presswerkzeug erreicht, das mit den Einzelstegen 3 querschnittsmäßig zugeordneten, separat betätigbaren Sinterpressstempeln ausgerüstet ist. Die Innenbereiche des Rotors 1, die diesen separat betätigbaren Sinterwerkzeugstempeln zugeordnet sind, sind in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 4, 4' belegt.
Das Sinterwerkzeug, das diese zwei separaten Stempel 4, 4' besitzt, besteht aus insgesamt sieben, jeweils einzeln druckbeaufschlagbaren Stempeln. Zwei dieser Stempel sind die bereits vorstehend erwähnten Stempel 4, 4' . Die übrigen Stempel sind Rotorbereichen zugeordnet, die in der Fig. 3 mit 5, 5' ; 6, 6' und 7 bezeichnet sind.
Der Rotor ist aus folgendem Material:
Kohlenstoff 0,6 bis 0,8%, Mangan 0,1 bis 0,3%, Sonstige max . 1%, Rest Eisen und ist einteilig gesintert. Der spezifische Sinterpressdruck ist derart, dass möglichst in allen Bereichen des Rotors, jedoch mit Sicherheit im Bereich der Einzelstege 3 des Anschlussklauenabschnittes, eine Materialdichte von mindestens 6,8 bis 7,4 g/cm3 gegeben ist.
Wird bei der Herstellung' des gesinterten Rotors bei dem Sin- terwärmeprozess Kupfer aus einer auf zumindest die Bereiche der Einzelstege aufgebrachten Kupferschichten in das Materialinnere, das heißt in die Poren des' Sintermaterials an diesen Stellen durch Kapillarwirkung eingebracht, so empfiehlt sich mit Bezug auf das vorstehend angegebene Sinterstahlmaterial der Einsatz eines Kupfermateriales mit beispielsweise der Zusammensetzung:
Eisen 3 bis 5%, Mangan 0,6 bis 1,5%, Sonstige max. 2%, Rest Kupfer. Die Kupferschichten können auf die bereits sintergepressten Einzelstege, bevor diese dem Sinterwärmeprozess unterworfen werden, in Kappenform appliziert werden. Dies bedeutet, dass entsprechend geformte Kappen, Hütchen beziehungsweise topfartige Gebilde auf- die betreffenden, mit Kupfer zu infiltrierenden Materialbereiche vor der Durchführung des Sinterwärmeprozesses einfach aufgesetzt werden. Die Dicke der Kupferschichten, das heißt die Wanddicke der aufzusetzenden Kappen, kann beispielsweise experimentell derart festgelegt werden, dass ein vollständiges Durchdringen der entsprechend zu behandelnden Materialbereiche sicher gewährleistet ist. Grundsätzlich kann die erforderliche Menge des einzusetzenden Kupfers selbstverständlich auch zumindest annähernd richtig rechnerisch ermittelt werden.
In dem Anschlussklauenbereich 2 kann ein der Anschlussform dieses Abschnittes angepasstes Kupplungselement 8 angesetzt werden. Dieses Kupplungselement 8 umfasst einen Kupplungsklauenbereich 9, der in einen Längssteg 10 als Anschlusselement für ein anzuschließendes Bauelement integriert ist. Durch diese Ausführung des Kupplungselementes 8 können auf einfache Weise unterschiedlich lange Kupplungen hergestellt und eingesetzt werden.
Alle' in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander erfindungswesentlich sein. k "k k "k -k

Claims

Ansprüche
1. Rotor aus Sintermetall einer Drehkolbenpumpe, insbesondere einer Drehkolbenpumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks eines an einen Vakuumpumpen-Sauganschluss anschließbaren Unterdruck-Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeuges, mit einem topfförmigen Grundkörper (1) und einem von dem Boden dieses Grundkörpers (1) zentral abragenden Lagerzapfenelement aus einem direkt von dem Boden ausgehenden zylindrischen Fußbereich und einem sich an diesen anschließenden Anschlussklauenabschnitt (2) für ein anzusetzendes Kupplungselement, gekennzeichnet durch die Merkmale,
- der Anschlussklauenabschnitt (2) ist in der Form zweier abstehender Einzelstege (3) ausgebildet,
- die Einzelstege (3) liegen diametral beabstandet im Außen- umfangsbereich des zylindrischen Fußabschnittes in jeweils einem Bereich, der umfangsmäßig auf maximal 100° und radial auf maximal 25% des Durchmessers des zylindrischen Fußabschnitts begrenzt ist,
- die beiden Anschlussklauen-Einzelstege (3) sind durch auf deren Querschnittsfläche jeweils ausgelegte, von den übrigen, zur Erzeugung des Rotors erforderlichen Sinter- Pressstempeln separat betätigbaren Einzelstempeln pressgesintert .
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Einzelstege (3) gleiche Form und Größe besitzen.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsbereich, der von einem Einzelsteg (3) einge¬ nommen wird, auf 'maximal 90° beschränkt ist .
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Einzelstegen (3) jeweils radial eingenomme¬ ne Bereich auf maximal 20% des zylindrischen Fußabschnitts beschränkt ist.
5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstege (3) des Anschlussklauenabschnitts rand- profilgehärtet sind.
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, . dadurch gekennzeichnet, dass die Randprofilhärtung induktiv erzeugt ist.
7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der randgehärtete Bereich schroff gekühlt ist.
8. Rotor aus Stahl als Sintermetall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstege (3) einschließlich zumindest eines direkt in Richtung des Rotorgrundkörpers angrenzenden Übergangsbereiches in das gepresste Sintergefüge nachträglich infiltriertes Kupfer enthalten.
9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Kupfer angereicherter Einzelsteg (3) eine spezifische Dichte von mindestens 7,5 g/cm3 aufweist.
10. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Dichte oberhalb von 7,8 g/cm3 liegt.
11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Dichte mindestens 7,9 bis 8,0 g/cm3 beträgt.
12. Gesintertes Kupplungselement eines Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement einen der Ausbildung des Anschlussklauenabschnittes (2) angepassten Querschnitt mit ei¬ nem stabförmigen Drehmomentenabtriebsbereich in der Form eines Längssteges (10) aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Sinterpresswerkzeug zur Erzeugung des gesinterten Rotors den Einzelstegen (3) querschnittsmäßig zugeordnete Separatstempel mit separater Druckbeaufschlagung vorgesehen sind.
14. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 8 bis 11, insbesondere mit einem Verfahren nach. Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den Einzelstegen (3) infiltriert vorliegendes Kupfer bei der Sinterwärmebehandlung aus einer oberflächlich auf mindestens die Einzelstege (3) aufgebrachten Kupferschicht in das Sintergefüge eindringt.
•k -k ~k -k "k
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